Diplomarbeit Christian Hauswald

Kapitel 5. Realisierung und Charakterisierung des atomaren SpringbrunnensDa außerdem während der Beschleunigungsphase der Wolke die Frequenz der AOMs sehrschnell über eine von außen vorgegebene, lineare Spannungsrampe verändert wird, bestehtdie Vermutung, dass eine nichtlinearer Verlauf der Spannungs-Frequenz-Kalibrierung derAOMs zu Fehlern führt. Diese konnten verringert werden, indem im relevanten Bereichjeweils eine neue Kalibrierung der beiden AOMs mit einer Funktion 2. Grades durchgeführtwurde. Jedoch beschreibt auch diese nicht perfekt das Verhalten der AOM-Treiber undes ist nicht eindeutig, inwiefern die lineare Spannungsrampe diese Ungenauigkeiten inFehler der Ausgangsfrequenz des AOM-Treibers übersetzt. Eine deutliche Verbesserung imBezug auf Konstanz und Genauigkeit der AOM-Frequenzen wäre durch die Verwendungeines DDS-Systems (Direct Digital Synthesis) zum Betreiben der AOMs anstatt der bisherverwendeten AOM-Treiber zu erreichen. Das DDS-System verwendet einen Lokaloszillatorals internen Zeitgeber und generiert durch seine digitale 48-Bit-Präzision sehr viel exaktereAusgansfrequenzen, welche zum Betrieb der AOMs verwendet werden können [77].Ein systematischer Fehler der Startgeschwindigkeit v 0 , welcher aus Abbildung 5.10 abgelesenwerden könnte, kann durch eine falsch angenommene Distanz h zwischen MOT undDetektionsstrahl entstehen. Diese würde die Kurve der erwarteten Geschwindigkeit leichtverkippen und könnte möglicherweise die Abweichung erklären. Auch könnte dabei dergenaue Startzeitpunkt der Wolke eine Rolle spielen, welcher hier als Ende der Beschleunigungsphaseder Wolke definiert wurde, jedoch hat sich die Wolke in der Dauer von 4 msdieser Phase schon ein kleines Stück bewegt.5.8 Abschätzung der Atomzahl in der oberen KammerWie bereits erläutert, lässt sich aus der mit dem Photoelektronenvervielfacher aufgefangeneFluoreszenz nicht ohne weiteres die Zahl der Rubidium-Atome berechnen, welche mitHilfe des atomaren Springbrunnens die obere Kammer erreichen. Ein Möglichkeit für diesenWert eine untere Grenze abzuschätzen, erlaubt jedoch folgende Messmethode: Anstattdie Wolke mit Hilfe des Abfrage-Lasers in der oberen Kammer zu detektieren, kann ein Teilder Atome in einer neuen magneto-optischen Falle in der unteren Kammer eingefangenwerden, wenn diese nach der Zeit τ F wieder den Ausgangspunkt ihrer Bewegung erreichen.Aus einem Vergleich der Ladekurven dieser MOT bei ein- bzw. ausgeschaltetem Abfrage-Laser wird ersichtlich, dass dieses Prinzip wie erwartet funktioniert. Die Geschwindigkeitder Wolke in z-Richtung stellt dabei kein Problem dar, am Ausgangspunkt der Bewegungist diese wieder genau die Startgeschwindigkeit v 0 von etwa 2,6 m/s und damit wesentlichgeringer als die Einfanggeschwindigkeit der MOT v c ≈ 30 m/s (vgl. (1.20)).In Abbildung 5.11 ist das Photodiodensignal der MOT in der unteren Kammer in Abhängigkeitder Zeit dargestellt, wobei t = 0 der Startzeitpunkt des Springbrunnens ist. Etwa 0,5 snach dem Start der Atome werden Kühl- und Rückpumplaser sowie das Magnetfeld wiederaktiviert. Dies führt zu einem Sprung im Signal der Photodiode verursacht durchRubidium-Fluoreszenz und Reflexe der Laserstrahlen innerhalb der MOT-Kammer, alsoeinem Offset welcher hier jedoch nicht weiter von Interesse ist. In der Abbildung sind nunzwei unterschiedliche Ladekurven sichtbar: Die schwarze Kurve zeigt den normalen Ladevorgangaus dem Rubidium-Hintergrundgas mit einer konstanten Laderate. Sie wurdeaufgenommen, nachdem die Atome des atomaren Springbrunnens bereits in der oberenKammer detektiert wurden. Die rote Kurve zeigt den Verlauf des Ladevorgangs der MOT,82