Controlling the motion of an atom in an optical cavity

Abstract
An experiment is described where slow laser-cooled atoms are injected into a high-finesse
optical cavity. Single atoms are trapped in the cavity light field and observed by measuring
the light intensity transmitted through the cavity. Feedback-based methods are realized
to extend the time the atom stays in the cavity. The influence of atoms on the cavity
transmission and the light force on atoms in a cavity are also analyzed theoretically. This
allows to study the motion of an atom in the cavity and to interpret the experimental
transmission signals. The current limitations for the storage time are identified and a
strategy to overcome them is suggested. Apart from that, a method is proposed which
allows a two-dimensional position measurement of atoms in the cavity.
Zusammenfassung
Es wird über ein Experiment berichtet, in dem langsame laser-gekühlte Atome in einen
Resonator hoher Finesse eingebracht werden. In dem Lichtfeld des Resonators werden
einzelne Atome gefangen und beobachtet, indem die durch den Resonator transmittierte
Lichtleistung gemessen wird. Um die Zeit, die ein Atom im Resonator verbleibt, zu
verlängern, werden Verfahren, die auf Rückkopplung basieren, realisiert. Der Einfluß von
Atomen auf die Transmission des Resonators und die Lichtkraft, die auf Atome in einem
Resonator wirkt, werden auch theoretisch analysiert. Dies erlaubt es, die Bewegung eines
Atoms im Resonator zu untersuchen und die experimentellen Transmissionssignale zu
interpretieren. Die Faktoren, die die Speicherzeit zur Zeit begrenzen, werden identifiziert
und eine Strategie zu derer Beseitigung wird vorgeschlagen. Außerdem wird eine Methode
vorgeschlagen, die eine zweidimensionale Positionsmessung von Atomen in dem Resonator
erlaubt.
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