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Kontinuierliches Laden einer Magnetfalle mit lasergekühlten Chromatomen

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2001

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Stuhler, Jürgen

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3-935511-06-X
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Continuous loading of a magnetic trap with laser cooled chromium atoms
Publikationstyp
Dissertation
Publikationsstatus
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Zusammenfassung

Anhand von Chrom wird ein kontinuierlicher (cw) optischer Lademechanismus für eine Magnetfalle (MT) präsentiert, in der Atome vom Lichtfeld entkoppelt gespeichert werden. Ausgangspunkt ist - in Form einer magneto-optischen Falle (MOT) - ein nachladbares Reservoir lasergekühlter Atome, die ein Lambda-Niveauschema besitzen, bei dem zwei deutlich getrennte Grund- bzw. metastabile Zustände verschieden stark an ein angeregtes Niveau gekoppelt sind. Die Laserkühlung auf dem starken Übergang induziert einen Transfer in die räumlich und zeitlich überlagerte MT durch einen spontanen Zerfall angeregter MOT-Atome auf dem schwachen Übergang in vom Kühllicht entkoppelte, magnetisch speicherbare Unterzustände. Die Reabsorption des dabei emittierten Photons ist durch das ungleiche Verzweigungsverhältnis unterdrückt.
Nach dem Aufbau einer UHV-Apparatur und Lasersystemen (425 nm, 658 nm, 650 nm) wurde eine MOT für das bosonische 52Cr realisiert und umfassend charakterisiert. Es konnten 50Cr und das fermionische 53Cr in einer MOT gefangen sowie Wellenlängen und z. T. Stärken beteiligter Interkombinationslinien bestimmt werden. Untersuchungen des cw-Lademechanismus mit der 52Cr-MOT als Reservoir ergaben übereinstimmend mit einem einfachen Modell eine MT-Laderate von 10^8 metastabilen Atomen/s. Die Maximalzahl von 10^8 MT-Atomen war limitiert durch deren Kollision mit angeregten MOT-Atomen. Die Temperatur in der MT lag i. Allg. unter der MOT-Temperatur und wird anhand eines hierfür entwickelten Modells erklärt. Metastabile MT-Atome konnten effizient in ihren elektronischen Grundzustand optisch gepumt werden. Abgesehen von Zwei-Körper-Verlusten und einer höheren Heizrate bei metastabilen Atomen gelten für beide Fallen vergleichbare Werte. Mit 10^8 Grundzustands-Atomen in der MT bei Dichten von maximal 10^10 Atomen/cm^3, Temperaturen von bis zu 50 µK und MT-Lebensdauern von über 50 s wurde ein vielversprechender Ausgangspunkt für die Bose-Einstein-Kondensation von 52Cr erreicht.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

Using chromium a continuous (cw) optical loading mechanism for a magnetic trap (MT) in which atoms are trapped being decoupled from the cooling light is presented. A magneto-optical trap (MOT) serves as a stationary reservoir of laser cooled atoms with a lambda-like level scheme consisting of two distinct ground or metastable states that are unequally coupled to one common excited state. Laser cooling on the strong transition induces a transfer into the spatially and temporally overlapped MT by a spontaneous decay of excited MOT atoms on the weak transition to cooling light decoupled states in which atoms can be trapped magnetically. Reabsorption of thereby emitted photons is suppressed by the high branching ratio.
After the construction of an UHV apparatus and laser systems at 425 nm, 658 nm and 650 nm a MOT for bosonic 52Cr was realized and extensively characterized. Furthermore, 50Cr and fermionic 53Cr were trapped magneto-optically. The wavelengths and some transition strengths of the relevant intercombination lines have been measured. Studies of the cw loading using the 52Cr MOT as atomic reservoir showed in agreement with a simple model MT loading rates of up to 10^8 metastable atoms/s. The highest observed number of 10^8 MT atoms was limited by their collisions (cross section about 10^-15 m^2) with excited MOT atoms. The temperature in the MT was usually below the MOT temperature and is explained on the basis of a specifically developed model. Metastable MT atoms were optically pumped into their electronic ground state very efficiently. Despite two-body losses (loss constant about 10^-10 cm^3/s) and a higher heating rate when dealing with metastable 52Cr similar results have been achieved for both traps. With 10^8 (ground state) atoms in the MT at densities up to 10^10 atoms/cm^3, temperatures down to 50 µK and MT life times of more than 50s a good starting point for Bose-Einstein Condensation of 52Cr was reached.

Fachgebiet (DDC)
530 Physik

Schlagwörter

Atomoptik, Quantengase, magneto-optische Falle, Magnetfalle, Raman-Übergang, laser cooling, magneto-opitcal trap, magnetic trap, light assisted collisions, MOT

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ISO 690STUHLER, Jürgen, 2001. Kontinuierliches Laden einer Magnetfalle mit lasergekühlten Chromatomen [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz. ISBN 3-935511-06-X
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September 10, 2001
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