Diplomarbeit Christian Hauswald

2.1. Optische MikroresonatorenFabry-Pérot Flüstergalerie Photonischer KristallUltrahohe Güte Hohe Güte5Q: 2x10 3Q III‐V : 7x10 3V: 5 (λ/n) 3 Q: 5x10V: 5 (λ/n) 3 Q Poly : 1,3x10 5 Q: 2,5x10V: 1,4 (λ/n) 3V: 1690 μm 3 V: 3000 μm 3V: 180 μm 3V: 1200 μm 3F: 4,8x10 5Q: 8x10 9Q: 4x10 8Q: 3,6x10 8Abbildung 2.1: Übersicht über die wichtigsten Mikroresonatorkonzepte im Bereich hoher undultrahoher (Q > 10 8 ) Güte. Oben von links nach rechts: Mikrosäule, Mikroscheibe, add-dropFilter und photonischer Kristall. Unten: Fabry-Pérot-Resonator, Mikrokugel, Mikrotorus und Flaschenresonator.Neben dem Gütefaktor Q ist das Modenvolumen V m angegeben und n bezeichnetden Brechungsindex des Materials. Die Abbildung stammt ürsprünglich aus [7] und wurde in [41]adaptiert.Ein Effekt, welcher Flüstergalerie-Mikroresonatoren im Allgemeinen besonders attraktivfür Experimente zur Licht-Atom-Wechselwirkung macht ist, dass aufgrund der internenTotalreflexion das Lichtfeld zu einem kleinen Teil in das umgebende Medium eindringt.Dieser Teil wird evaneszentes Feld genannt und kann trotz seines exponentiellen AbfallsEindringtiefen in das umgebende Medium in der Größenordnung der Wellenlänge des verwendetenLichts erreichen. Dieses evaneszente Feld kann zum einen verwendet werden,um mit Hilfe von ultradünnen Glasfasern (tapered optical fibers) Licht in den Resonatorzu koppeln [43], eignet sich aber auch hervorragend dazu, die Wechselwirkung zwischenLicht und einzelnen Atome zu untersuchen. Bei der Einkopplung von Licht in den Resonatorwird der ultradünne Teil einer Glasfaser, welcher ebenfalls ein evaneszentes Feldbesitzt, räumlich mit dem evaneszenten Feld des Resonators überlagert. Zusätzlich musseine Phasenanpassung zwischen den Lichtfeldern stattfinden, das heißt die ⃗ k-Vektorenmüssen identisch sein. Mit dieser Methode lassen sich sehr hohe Koppeleffizienzen erreichen,im Fall des Flaschenresonators kann über 99 % des in der ultradünnnen Glasfasergeführten Lichts in den Resonator eingekoppelt werden [44].Besonders interessant ist nun der Fall, dass ein einzelnes Atom in das evaneszente Feld desMikroresonators gebracht wird, da so ein gekoppeltes System aus Atom und im Resonatorgespeichertem Lichtfeld entsteht, welches in Abschnitt 2.2 näher beschrieben wird.19