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4.1. Präparation des Mediums
Intensität
Frequenz
(1) spectral pit
(2) Rückpräparation &
(3) Säuberung
(2)
(3)
1 ±5/2
D ±3/2 2
±1/2
±1/2
3 ±3/2
H 4
(1) spectral pit (2) Rückpräparation
(3) Säuberung (4) -System
Zeit
±5/2
Abbildung 4.3: Präparation eines Λ-Systems in Pr:YSO. Links: Schematische Darstellung
der Pulssequenz bestehend aus (1) Pumppuls zur Erzeugung einer spectral pit, (2)
Rückpräparations- und (3) Säuberungspuls. Rechts: Wirkung der einzelnen Pulse auf die
Besetzungen (blaue Kugeln) im relevanten Ensemble.
Der zweite Schritt besteht in der Rückpräparation einzelner Absorptionslinien
in die spectral pit. Hierzu wird ein schwächerer und kürzerer Laserpuls verwendet,
um den Einfluss von Sättigungsverbreiterung und Frequenzfluktuationen zu minimieren.
Der Rückpräparationspuls weist einen zeitlich gaußförmigen Intensitätsverlauf
mit einer Spitzenintensität von I R ≈ 20 W/cm 2 und einer Dauer (FWHM)
von τ R = 300 µs auf. Durch die Wahl der relativen Frequenz von ∆ν R = 25, 7 MHz
wird im hier relevanten Ensemble Besetzung in die Grundzustände |± 1 〉 und |± 3 〉
2 2
rückgepumpt (s. Abb. 4.3 rechts).
Anschließend wird durch den Säuberungspuls (I Säub. ≈ 30 W/cm 2 , τ Säub. =
600 µs, ∆ν Säub. = 2, 8 MHz) der Grundzustand | ± 1 〉 leer gepumpt. Aufgrund der
2
unterschiedlichen Oszillatorstärken (s. Tab. 1.2) zerfällt die Besetzung fast vollständig
in den Grundzustand | ± 3 〉. Dieser bildet das niedrigste Niveau des hier
2
präparierten Λ-Systems aus Nachweisübergang | 3 H 4 , ± 3 〉 ↔ 2 |1 D 2 , ± 3 〉 und Kontrollübergang
| 3 H 4 , ± 1 〉 ↔ 2 |1 D 2 , ± 3 〉 (s. blauer bzw. roter Pfeil in Abb. 4.3).
2
2
Der Nachweis der Präparation erfolgt durch Absorptionsspektroskopie. Ein
schwacher Nachweispuls (I N 0, 5 W/cm 2 ) mit zeitlich nahezu rechteckförmigem
Intensitätsverlauf (Anstiegszeit ≃ 100 ns) und einer Pulsdauer von τ N = 20 µs passiert
den Pr:YSO-Kristall auf dem Strahlengang Nachweis 1. Indem die Frequenz
des Pulses schrittweise von ∆ν N = −10 MHz nach ∆ν N = 30 MHz durchgestimmt
wird, kann aus der transmittierten Intensität gemäß (4.2) ein Absorptionsspektrum
erstellt werden. Wird der Nachweispuls zu verschiedenen Zeitpunkten der
Präparationssequenz eingestrahlt, können die einzelnen Schritte der Präparation
abgetastet werden. Hieraus lassen sich Rückschlüsse auf die schrittweise Umverteilung
der Besetzung innerhalb der einzelnen Ensembles ziehen.
Ein Vergleich von experimentell ermittelten und simulierten Absorptionsspektren
zeigt Abbildung 4.4. Als Referenz dient hierbei die spectral pit (- - -), welche
durch den Nachweispuls nach einer 1 ms langen Relaxation nach dem ersten Präparationsschritt
aufgenommen wurde. Das gemessene Absorptionsspektrum nach
der vollständigen Präparationssequenz ist blau dargestellt (–◦–). Auffällig sind die
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