Diplomarbeit Christian Hauswald

4 Charakterisierung der magneto-optischenFalleDie Erzeugung des in diesem Experiment verwendeten atomaren Springbrunnens erfordertzuerst das erfolgreiche Kühlen und Speichern der Atome in einer magneto-optischen Falle.Das Verständnis des Einflusses der verschiedenen Parameter wie Leistung und Verstimmungder Kühllaser, Magnetfeldgradient oder Dispensorstrom auf die MOT erlaubt späterim Resonator-QED-Experiment den atomaren Springbrunnen unter optimalen Bedingungenzu betreiben.Im folgenden Abschnitt wird zuerst das Lasersystem, welches später auch zur Erzeugungund Detektion des atomaren Springbrunnens verwendet wird, im Detail besprochen. Nachdemdas verwendete Magnetfeld (Abschnitt 4.2) und das System zur Abbildung und Detektionder MOT (Abschnitt 4.3) vorgestellt wurde, wird diese im darauffolgenden Abschnittbezüglich verschiedener, für das Experiment relevanter Parameter wie Größe, Atomzahlund Laderate charakterisiert. Auf eine direkte Bestimmung der Temperatur der Atomein der Falle wird in diesem Kapitel verzichtet, da davon ausgegangen werden kann, dassdiese im Rahmen der theoretisch erwarteten Dopplertemperatur liegt und für das weitereExperiment eine genaue Kenntnis der Temperatur der Atome in der MOT nicht relevantist. Die Temperatur der Atome im atomaren Springbrunnen nach Anwendung des Polarisationsgradientenkühlenswird jedoch in Kapitel 5 im Rahmen der Charakterisierung desSpringbrunnens gemessen und ausführlich diskutiert.4.1 Das LasersystemFür das Resonator-QED-Experiment werden aus zwei Gründen 85 Rb-Atome verwendet:Die Kopplungsstärke eines 85 Rb-Atoms mit dem evaneszenten Feld des Flaschenresonatorsist groß genug, um in den Bereich der starken Kopplung vorzudringen (siehe Abschnitt2.2.2) und 85 Rb besitzt mit der D 2 -Linie bei 780 nm einen geeigneten Übergang, der zurLaserkühlung mittels kommerziell verfügbarer Laserdioden verwendet werden kann. InAbbildung 4.1 ist das Termschema der D 2 -Linie von Rubidium dargestellt und der imExperiment verwendete Kühlübergang D 2 (5 2 S 1/2 (F = 3) → 5 2 P 3/2 (F ′ = 4)) markiert.Neben den Kühlstrahlen, welche wie in Abschnitt 1.2 beschrieben um δ gegenüber dematomaren Übergang rotverstimmt sind, wird zur Umsetzung der magneto-optischen Falleein weiterer Laser benötigt, welcher resonant mit dem Übergang D 2 (5 2 S 1/2 (F = 2) →5 2 P 3/2 (F = 3 ′ )) ist, da Atome durch den Kühllaser mit einer kleinen Wahrscheinlichkeitaus dem Grundzustand 5 2 S 1/2 (F = 3) auch in den Zustand 5 2 P 3/2 (F ′ = 3) angeregtwerden können und daraufhin in den, für den Kühllaser dunklen Zustand 5 2 S 1/2 (F = 2)fallen können. Um diese Atome wieder dem Kühlzyklus zuzuführen, wird der so genannteRückpump-Laser verwendet. Für die Detektion des atomaren Springbrunnens in der obe-51