Diplomarbeit Christian Hauswald

Kapitel 4. Charakterisierung der magneto-optischen FalleDie Speicherzeit von lediglich τ = 0,29 s deutet in dieser Konfiguration auf einen Druckbereichvon 10 −7 -10 −8 mbar hin [71], was nach den Berechnungen für den Druck in diesemSzenario in Abschnitt 3.4 plausibel erscheint. Aufgrund dieses relativen hohen Hintergrunddrucksin der MOT-Kammer und der vergleichsweise niedrigen Dichte vonn ≈ 3,5 × 10 10 Atome/cm 3 in der MOT kann davon ausgegangen werden, dass der dominierendeVerlustfaktor durch Stöße mit Atomen aus dem Hintergrundgas gegeben ist,so dass Stöße zwischen den gefangenen Atomen innerhalb der Falle vernachlässigt werdenkönnen [25]. Bemerkenswert ist die hohe Laderate von 1,88 × 10 8 Atome/s der Falle bedingtdurch die große Einfanggeschwindigkeit v c und den hohen Hintergrunddruck in derMOT-Kammer. Diese ermöglicht eine sehr schnelle Repetitionsrate im Experiment unterdiesen Bedingungen, da die Falle schon nach etwa 1,5 s mit etwa 5 × 10 7 Atomen geladenist.In Abbildung 4.10 (b) wurde die Atomzahl für verschiedene Magnetfeldgradienten untersucht.Dabei zeigen die Messergebnisse, das nach einem steilen Anstieg ab einem Gradientenvon 4 G/cm die Atomzahl in der Falle ihren Maximalwert erreicht und für größereGradienten sogar wieder leicht sinkt. Ein Grund für diesen Effekt ist vermutlich der,bei hohem Feldgradient, kleinere räumliche Bereich, in welchem die Dopplerverschiebunggerade der Zeeman-Aufspaltung abzüglich der Verstimmung entspricht (vgl. Gleichung(1.18)). Ein hoher Magnetfeldgradient hemmt also das Einfangen von Atomen bei konstanterVerstimmung, da diese beiden Parameter sich gegenseitig beeinflussen [72, 73].Außerdem sorgt möglicherweise die steigende Atomzahldichte n, verursacht durch die verringerteGröße der MOT dafür, dass nicht alle gestreuten Photonen den Bereich der Falleverlassen sondern teilweise reabsorbiert werden. Dieser Effekt wird auch als ”radiationtrapping“ bezeichnet und sorgt für eine abstoßende Kraft innerhalb der Wolke die derenDurchmesser beeinflusst und die Atomdichte limitiert [74].4.4.3 Abhängigkeit der Atomzahl von verschiedenen MOT-ParameternIn diesem Abschnitt wird der Einfluss weiterer Parameter auf die Atomzahl in der magnetooptischenFalle untersucht. Mit dem Ziel, die Messungen unter einander vergleichbar zuhalten, wurde dabei jeweils nur ein Parameter variiert und die restlichen Parameter konstantgehalten. Der Dispensorstrom kann dabei zwar auf ± 0,1 A genau am Netzteil eingestelltwerden, eine gleiche Einstellung des Stroms an der Anzeige des Netzteils führtejedoch nicht immer zum gleichen Rubidium-Hintergrunddruck in der Kammer, so dassdavon ausgegangen werden kann, das auch die Ladephase der MOT davon beeinflusstwurde. Möglicherweise spielen hierbei Effekte im Rb-Dispensor eine Rolle. Innerhalb einerMessung wurde die Einstellung des Stroms jedoch außer in 4.12 (a) nicht verändert. ZurBerechnung der Atomzahl wurde das im vorherigen Abschnitt erläuterte Verfahren angewandt.Die Messungen wurden jeweils im kürzest möglichen Zeitraum aufgenommen, umden Einfluss durch Langzeiteffekte, wie etwa eine Drift der Laserfrequenz zu minimieren.Abbildung 4.12 (a) zeigt, dass sich bei einer Änderung des Stroms durch den Rubidium-Dispensor im Bereich von 1,5 A bis 3 A die Atomzahl über einen großen Bereich zwischen10 5 und 10 8 Atomen in der MOT variieren lässt. Für eine lange Lebensdauer der Dispensorenist jedoch ein Strom < 3 A empfehlenswert. Die Messung zeigt allerdings, dassbei Bedarf im späteren Verlauf des Experiments die Atomzahl durch Verwendung eines64