Dispersionsmanagement für Materiewellen

Abstract

In dieser Diplomarbeit wird die lineare und nichtlineare Dynamik von atomaren Materiewellen in einem periodischen Potential experimentell untersucht.<br /><br />Ein Bose-Einstein Kondensat dient als Quelle für Materiewellenpakete. Die Materiewellen werden in einem eindimensionalen Wellenleiter präpariert, der durch einen weit rotverstimmten, fokussierten Laserstrahl erzeugt wird. Ein schwaches optisches Gitter entlang des Wellenleiters dient dazu, die Dispersionsrelation der Wellenpakete während der Propagation zu kontrollieren. Die beobachtete Dynamik der Materiewellenpakete wird mit Hilfe des Konzepts der effektiven Masse interpretiert.<br /><br />Die Apparatur zur Erzeugung von Bose-Einstein Kondensaten aus 87Rb-Atomen in einer magnetischen TOP-Falle wird vorgestellt. Verschiedene Schemata zur Präparation der atomaren Wellenpakete im kombinierten optischen Potential des Wellenleiters und des Gitters werden diskutiert.<br /><br />In einer ersten Reihe von Experimenten wird der Einfluß des Vorzeichens und des Betrags der effektiven Masse auf die lineare Dynamik der Materiewellenpakete demonstriert. Indem die effektive Masse während der Propagation eines Wellenpakets von einem positiven auf einen negativen Wert verändert wird, kann die Dynamik des Wellenpakets umgekehrt werden. Die Grenzen der Näherung konstanter effektiver Masse sowie experimentelle Signaturen einer unendlich großen effektiven Masse werden untersucht.<br /><br />Das Zusammenwirken der Nichtlinearität des Kondensats und der modifizierten Dispersionsrelation der Materiewellen im optischen Gitter wird in einer weiteren Reihe von Experimenten untersucht. Durch die Präparation eines nichtlinearen Materiewellenpakets mit negativer effektiver Masse konnte die Dispersion unterdrückt werden. Numerische Simulationen legen die Entstehung von atomaren Gittersolitonen als mögliche Erklärung nahe.