Sympathetische Kühlung von Rb- Rb-Gemischen

4.1. Apparatur 29
4.1.3. Gitterstabilisierte Diodenlaser
Alle im Experiment benötigten Laserstrahlen werden von gitterstabilisierten Diodenlasern
erzeugt. Diese verwenden zur Begrenzung ihrer Linienbreite ein externes Gitter in Littrow-
Anordnung, das die erste Beugungs-Ordnung in die Laserdiode zurückwirft [28].
Daneben sind noch ein Kollimator zur Modenanpassung des austretenden Strahls und ein
Piezo-Element zur Verkippung des Gitters und damit zur Selektion der Wellenlänge nötig
(siehe Abbildung 4.3 auf der nächsten Seite). Ein Peltierelement sorgt für die Temperaturstabilisierung
der Laserdiode und des aus Gitter und Diode gebildeten Resonators.
Für die Radiofrequenz-Stabilisierung (vgl. Kapitel 4.1.4) wird der Diodenstrom von einer
externen Quelle schwach moduliert. Da diese Quelle direkt auf die Diode einwirkt, sind
besondere Maßnahmen zum Schutz der Laserdiode vor Spannungsspitzen zu treffen. Dies
geschieht durch einen HF-Transformator und mehrere Schottky-Dioden. Der Transformator
hält den AC-Eingang potentialfrei und die Schottky-Dioden schließen zu große Signale kurz.
Die Gesamtschaltung zeigt Abbildung 4.4 auf Seite 32.
Eine Aufbau-Anleitung für diese Laser findet sich in Referenz [29].
4.1.4. Laserstabilisierung
Für die in dieser Arbeit beschriebenen Experimente werden Laserstrahlen benötigt, die nur
1–2 MHz spektrale Breite haben und zusätzlich über lange Zeit (Stunden) resonant zu einer
Rubidium-Linie sind bzw. um einen regelbaren Betrag gegen eine Rubidium-Linie verstimmt
betrieben werden können. Die verwendeten Diodenlaser haben diese Eigenschaften
nicht von vornherein. Erst durch eine Laserstabilisierung, die die Laserfrequenz aufgrund
eines beobachteten Signals nachjustiert, ist dies möglich. Die Regelung wirkt dabei auf das
Piezoelement in der Gitter-Halterung ein.
In diesem Aufbau werden zwei verschiedene Stabilisierungs-Verfahren eingesetzt:
• Die Radiofrequenz-Stabilisierung, wenn der Laser auf einem bestimmten Hyperfeinübergang
eines der Rubidium-Isotope betrieben wird.
• Die Differenzfrequenz-Stabilisierung, wenn die Laserfrequenz auf eine variable Verstimmung
relativ zu einem der Hyperfeinübergänge zu stabilisieren ist.
Die beiden Techniken werden im Folgenden näher beschrieben.
Radiofrequenz-Stabilisierung
In einer dopplerfreien Sättigungsspektroskopie [30] wird der atomare Übergang durch zwei
sich entgegengesetzt ausbreitende Strahlen, den intensiven Pump- und den schwachen Probenstrahl,
untersucht. Beide Strahlen sind jeweils zu Atomen resonant, die eine bestimmte
Geschwindigkeitskomponente v � entlang der Ausbreitungsrichtung der Strahlen haben.
Die Gesamtheit der Atome wird damit in sogenannte Geschwindigkeitsklassen eingeteilt.
Der Pumpstrahl transferiert nun Atome der zu ihm resonanten Geschwindigkeitsklasse vom
Grund- in den angeregten Zustand und bleicht die entsprechende Geschwindigkeitsklasse dadurch
etwas aus. Ist der Probenstrahl ebenfalls zu dieser Geschwindigkeitsklasse resonant,