Diplomarbeit Christian Hauswald

4.1. Das LasersystemLegende:MasterTACoSyMOT oben,SpiegelLinseλ/2, λ/4-PlättchenBlendeSlaveAOMStrahlteilerPhotodiodeShutterFaserclusterFaserkopplerMOT untenFaser(polarisationserhaltend)Abbildung 4.2: Aufbau des Lasersystems zur Erzeugung der sechs Kühlstrahlen für die magnetooptischeFalle. Die beiden getrennten Zweige ”MOT oben“ und ”MOT unten“ werden benötigt,um später eine relative Verstimmung ∆ zwischen oberen und unteren MOT-Strahlen herzustellen.Diese Verstimmung erzeugt später aus der MOT eine bewegte Melasse und ermöglicht damit dieRealisierung des atomaren Springbrunnens (siehe Kapitel 5).(engl. cross-over peak) der Hyperfeinübergänge F = 3 → F ′ = 3 und F = 3 →F ′ = 4 stabilisiert werden und daraufhin mit Hilfe eines akustooptischen Modulators(AOM) auf die bereits erwähnte Kühl-Frequenz verschoben werden. Die Frequenz desÜberkreuzungspeaks liegt immer genau zwischen den zwei beteiligten Hyperfeinübergängenund ist ein Artefakt dieser Art von Laserspektroskopie an Atomen in Gasen [67]. Wie sichjedoch später herausstellen wird, ist diese Art der Stabilisierung nicht optimal, da dasStabilisierungssignal in den CoSy-Modulen Langzeitdrifts unterliegt, was zu einer Verschiebungder Laserfrequenz führen kann (siehe dazu Abschnitt 5.6).Im gesamten optischen Aufbau werden mehrere AOMs (Crystal Technology) eingesetzt.Diese ermöglichen eine Amplitudenmodulation des Laserlichts und können gleichzeitigdazu verwendet werden, dessen Frequenz um bis zu 200 MHz zu verschieben. Das Prinzip,welches in den AOMs angewendet wird, beruht dabei auf dem akustooptischen Effekt,das heißt, das Laserlicht wird durch Bragg-Streuung an einem Kristall, in welchem eineakustische Welle propagiert, abgelenkt und in seiner Frequenz verschoben [68]. Jeder AOMwird in diesem Experiment in der sogenannten Double-Pass-Konfiguration verwendet, wasbedeutet, dass die erste Ordnung des gebeugten Strahls mit ihrer Rückreflexion, erzeugtdurch einen Spiegel, überlagert wird. Dieser Aufbau hat den entscheidenden Vorteil, dassder Winkel des gebeugten Strahls nicht mehr von der Frequenz des AOMs abhängt, wiees in der Single-Pass-Variante der Fall ist. Ein Nachteil ist die geringere Effizienz vontypischerweise ∼ 65%, bedingt durch den zweimaligen Durchgang des Lichts durch denKristall, sowie eine kleinere Bandbreite in der Verschiebung der Frequenz [69]. Dabei wirdder Strahl mit einer Linse kurzer Brennweite (f=50 mm) auf einen Spiegel fokussiert, diehöheren Beugungsordnungen mit einer Blende herausgefiltert und die Polarisation mit53