Diplomarbeit Christian Hauswald

2.2. Theoretische Beschreibung des Atom-Resonator-SystemsOberfläche des ResonatorsKopplungsstärke g (MHz)GlasVakuum35MHzRadialkoordinate (µm)Abbildung 2.6: Dargestellt ist die räumliche Abhängigkeit der Kopplungsstärke g zwischen Atomund Resonator in radialer Richtung für eine Polarisation des Feldes parallel zur Oberfläche am Ortder Kaustiken ±z c des Flaschenresonators. Der Ursprung der x-Achse liegt dabei auf der Symmetrieachsedes Flaschenresonators. Da g proportional zum Feld pro Photon ⃗ E 0 (⃗r) ist (Gleichung(2.12)), sorgt das evaneszente Feld des Flaschenresonators für eine Kopplungsstärke von bis zug ≈ 35 MHz mit einem 85 Rb-Atom auch außerhalb des Resonators, in unmittelbarer Nähe dessenOberfläche.von 780 nm ist κ = ω/2Q = 2π × 0,53 MHz [44]. Somit gilt das gekoppelte System ausFlaschenresonator und 85 Rb-Atom, wobei g aus Gleichung (2.12) folgt:(g; κ; γ) = 2π × (35; 0,53; 3) MHz. (2.14)Die Bedingung für starke Kopplung ist somit sehr gut erfüllt. Dabei bezeichnet g dieKopplungsstärke des evaneszenten Feldes an der Oberfläche des Flaschenresonators miteinem 85 Rb-Atom (siehe Abbildung 2.6).Im Allgemeinen kann sich ein gekoppeltes System aus Atom und Resonator in zwei unterschiedlichenParameterbereichen befinden. Im Bereich schwacher Kopplung ist der angeregteZustand an sehr viele Feldmoden gekoppelt und zerfällt exponentiell. Effekte derResonator-QED wie die besprochene Vakuum-Rabi-Aufspaltung der Zustände und diedaraus entstehende Dynamik in Form von Rabi-Oszillationen sind somit im Experimentnicht zu beobachten. Erst wenn der Bereich der starken Kopplung erreicht wird, werdendie Energieniveaus des Systems hinreichend stark beeinflusst, so dass ein Effekt zu sehenist.Erstmals konnte dieser Bereich im Experiment mit einem Rydbergatom gekoppelt aneinen supraleitenden Mikrowellen-Resonator ultrahoher Güte erreicht werden [52, 53], aberauch im optischen Wellenlängenbereich gelang es bereits eine starke Kopplung zwischeneinzelnen Atomen und der Feldmode eines WGM-Resonators zu realisieren [9].25