Diplomarbeit Christian Hauswald

Kapitel 2. Das Resonator-QED-ExperimentI-z c z czAbbildung 2.2: Prinzip des Flaschenresonators: Dargestellt sind die im Text beschriebenen Moden,in denen das Licht an den beiden Kaustiken ±z c aufgrund der Drehimpulsbarriere reflektiertwird. Da diese wie ein harmonisches Potential auf das Licht wirkt, bilden sich Moden mit dergezeigten Intensitätsverteilung aus. Der Abstand der beiden Umkehrpunkte hängt von der axialenQuantenzahl q ab und beträgt 10 - 100 µm. Der Durchmesser des Resonators beträgt an derdicksten Stelle (z = 0) typischerweise 30 - 40 µm. Die Krümmung des Flaschenresonators ist in derAbbildung übertrieben dargestellt.2.1.1 Der FlaschenresonatorFlaschenresonatoren verbinden alle genannten Vorteile von WGM-Mikroresonatoren miteiner vollen Durchstimmbarkeit über mehr als einen axialen freien Spektralbereich undeiner einfachen Modenstruktur [45, 46]. Sie eignen sich damit aufgrund des sehr hohenQ/V -Wertes ideal zur Kopplung von Licht mit einzelnen Atomen [47].Hergestellt werden sie aus einer gewöhnlichen Glasfaser, welche zuerst verjüngt und schließlichmit Hilfe eines CO 2 -Lasers in eine bauchige Form gebracht wird. Durch diesesnäherungsweise parabolische Dickenprofil entsteht entlang der z-Achse eine Drehimpulsbarriere,die auf das Licht wie ein harmonisches Potential wirkt (siehe Abbildung 2.2)und die durch die Form des Resonators angepasst werden kann. Im Flaschenresonatorkönnen mehrere unterschiedliche Moden angeregt werden. Wie auch in anderen WGM-Resonatoren gibt es Moden, welche sich im strahlenoptischen Bild nach genau einem Umlaufum die Resonatorachse schließen. Besonders interessant sind jene Moden, die sich nichtbereits nach einem Umlauf schließen, da diese für einen wesentlich längeren Umlaufwegdes Lichts sorgen und damit den freien Spektralbereich des Resonators verkleinern. DasLicht umläuft also in diesen Moden die Resonatorachse und pendelt zusätzlich zwischenzwei Umkehrpunkten ±z c , gegeben durch die Drehimpulsbarriere, hin und her. Diese Umkehrpunktewerden Kaustiken genannt und zeichnen sich, verglichen mit anderen Punktendes Resonators, durch eine stark erhöhte Intensität aus, sowohl innerhalb des Resonators,als auch in Form des evaneszenten Feldes außerhalb des Mikroresonators. Dabei bietetder Flaschenresonator im Gegensatz zu torodialen Mikroresonatoren in der Ebene, dieMöglichkeit zwei ultradünne Fasern gleichzeitig, jeweils eine pro Kaustik, zur Kopplungvon Licht zu verwenden. In Abbildung 2.3 ist ein mit Erbium dotierter Flaschenresonator20