Diplomarbeit Christian Hauswald

5.2. Detektion der Atome in der oberen Kammersehr schnelle Änderungen der Leistung, in diesem Fall über eine lineare Rampe, auf einenneuen Wert erlaubt und gleichzeitig Schwankungen der Intensität ausgleicht. Die Wolkebewegt sich nun mit der Startgeschwindigkeit v 0 senkrecht nach oben und wird in einenBereich unterhalb der Dopplergrenze von T D = 145 µK gekühlt. Es kann dabei bestätigtwerden, dass nahezu alle Atome aus der MOT in die bewegte Melasse und damit denSpringbrunnen geladen werden, indem kurz nach dem Start der Wolke wieder eine neueMOT erzeugt wird. Dabei ist nach erfolgreicher Startsequenz kein nachweisbarer Rest derAtome mehr innerhalb des Einfangradius der Kühlstrahlen vorhanden, die MOT lädt alsogenauso schnell wie aus dem Hintergrundgas. Würde ein Teil der Atome ”zurückbleiben“,so ließe sich dieser sehr genau durch eine veränderte Laderate festellen [19].5.2 Detektion der Atome in der oberen KammerEs soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass sich zum Zeitpunkt der Messungender Resonator noch nicht wie in Abschnitt 2.3 beschrieben in der oberen Kammer befand.Stattdessen wurde der mit dem Kühlübergang D 2 (5 2 S 1/2 (F = 3) → 5 2 P 3/2 (F = 4))resonante Abfrage-Laser verwendet, um die Atome nachzuweisen. Letzterer durchquertetwa in der Höhe h = 314 ± 5 mm über der Position der MOT die Resonatorkammer. DerAufbau zur Detektion der Atome ist in Abbildung 5.2 schematisch dargestellt.Die Rubidium Atome werden zuerst in der unteren Kammer in einer MOT gefangen unddann, wie zuvor beschrieben, senkrecht nach oben (in z-Richtung) beschleunigt. Die Wolkebewegt sich durch das Verbindungsstück in die obere Kammer und durchquert denAbfrage-Laser. Das Verbindungsstück hatte zum Zeitpunkt der Messungen einen Durchmesservon 16 mm, wurde jedoch inzwischen durch die in Kapitel 3 beschriebene differentiellePumpstufe auf einen Durchmesser von 7 mm reduziert. Der Strahl des Abfrage-Laserswird nach der Auskopplung aus der Glasfaser, welche ihn vom optischen Tisch zur Vakuumkammerführt, mit einer zylindrisch geformten Linse in horizontaler Richtung starkaufgeweitet. Es entsteht somit eine Art horizontale Ebene aus Licht, welche Abmessungenvon circa 0,5 × 18 mm hat. Die Breite des Strahls ist damit in etwa so groß wie der Durchmesserdes Verbindungsstücks zwischen den beiden Kammer und erlaubt dadurch nahezualle Atome, welche die obere Kammer erreichen, anzuregen. Um die effektive Intensität diesesDetektionsstrahls zu erhöhen, wird der Strahl außerdem in sich selbst reflektiert, jedochist die Gesamtintensität kleiner als die Sättigungsintensität des Übergangs (vgl. (1.3)). DieAusdehnung des Strahls in z-Richtung ist sehr klein und kann daher vernachlässigt werden.Zusätzlich wird mit Hilfe einer Faserweiche ein Teil des Rückpumplichts, rund 150 µW,mit dem Strahl des Abfrage-Lasers überlagert, um auch Atome anregen zu können, welcheaus dem Kühlzyklus in den Dunkelzustand F = 2 gefallen sind und damit nicht mehrresonant mit dem Abfrage-Laser sind.Die Fluoreszenz der Atome in der oberen Kammer wird von dem Photoelektronenvervielfacher(siehe Abschnitt 3.3.4) über ein System aus zwei Linsen aufgefangen, welchejeweils eine Brennweite von f=180 mm haben und außerhalb der Vakuumkammer angebrachtsind. Das Sichtfenster, hinter welchem die beiden Linsen im Abstand von 50 mm ineinem lichtundurchlässigen Rohr montiert sind, sowie alle weiteren Sichtfenster der oberenKammer wurden lichtdicht verschlossen, um Störungen durch Streulicht in der Kammerzu minimieren. Des Weiteren befindet sich vor dem PMT ein schmalbandiger Filter mit69