Ein planarer de Broglie-Wellenleiter
Ein planarer de Broglie-Wellenleiter
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2000
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Hartl, Michael
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A Planar de Broglie Waveguide
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Dissertation
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Abstract
Atom optical analoga exist for many light-optical elements like
mirrors, lenses and beam splitters. Light - or generally
electromagnetic fields - and matter virtually exchange roles: Optical
elements correspond to electromagnetic fields and light fields to
matter waves. The goal of this thesis was to realize a de Broglie
waveguide: A standing wave was generated by reflecting a laser beam on
a gold coated prism surface. Near the resonance frequency of an atomic
transition in metastable argon the light field exercises a dipole
force, which can be described by a potential proportional to the
intensity distribution of the interferece patterns of the light
field. Atoms with small enough kinetic energy can be stored in the
potential minima.
In longitudinal direction to the standing wave the center of mass
motion of these atoms is strongly confined. It is characterised by a
discreet quantum mechanical mode structure where the energy distance
of the indivdual motional states is big compared to their
uncertainty. Transversally the atoms can virtually move freely,
i.e. their mode spectrum is continual. Therefore one single potential
minimum can be considered a resonator for atomic de Broglie waves and
can be regarded as the atom optical analogon of a two-dimensial
waveguide in light optics.
A de Broglie waveguide provides a possiblity of examining a nearly
two-dimensional gas of ultracold atoms in front of a surface. Moreover
a continuous laser-like source of atoms may be realized on this
basis.
mirrors, lenses and beam splitters. Light - or generally
electromagnetic fields - and matter virtually exchange roles: Optical
elements correspond to electromagnetic fields and light fields to
matter waves. The goal of this thesis was to realize a de Broglie
waveguide: A standing wave was generated by reflecting a laser beam on
a gold coated prism surface. Near the resonance frequency of an atomic
transition in metastable argon the light field exercises a dipole
force, which can be described by a potential proportional to the
intensity distribution of the interferece patterns of the light
field. Atoms with small enough kinetic energy can be stored in the
potential minima.
In longitudinal direction to the standing wave the center of mass
motion of these atoms is strongly confined. It is characterised by a
discreet quantum mechanical mode structure where the energy distance
of the indivdual motional states is big compared to their
uncertainty. Transversally the atoms can virtually move freely,
i.e. their mode spectrum is continual. Therefore one single potential
minimum can be considered a resonator for atomic de Broglie waves and
can be regarded as the atom optical analogon of a two-dimensial
waveguide in light optics.
A de Broglie waveguide provides a possiblity of examining a nearly
two-dimensional gas of ultracold atoms in front of a surface. Moreover
a continuous laser-like source of atoms may be realized on this
basis.
Summary in another language
Für viele lichtoptischen Elemente wie Spiegel, Linsen und
Strahlteiler existieren in der Atomoptik analoge Systeme. Licht -
oder allgemeiner elektromagnetische Felder - und Materie treten
hierbei mit quasi vertauschten Rollen auf: Den optischen Elementen
entsprechen elektromagnetische Felder und den Lichtfeldern
Materiewellen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Wellenleiter für atomare de
Broglie-Wellen realisiert: Durch Reflexion eines Laserstrahls an
einer goldbedampften Prismenoberfläche wurde eine stehende Lichtwelle
generiert. Bei einer Frequenz des Lichtes nahe der Resonanzfrequenz
eines atomaren Überganges in metastabilem Argon übt das Lichtfeld
auf die Atome eine Dipolkraft aus, die durch ein Potential
proportional der Intensitätsverteilung im Interferenzmuster der
stehenden Welle beschrieben werden kann. Atome mit hinreichend
kleiner kinetischer Energie können so in den Potentialminima
gespeichert werden.
In longitudinaler Richtung zur stehenden Welle ist die
Schwerpunktsbewegung der Atome stark eingeschränkt und zeichnet sich
durch eine diskrete quantenmechanische Modenstruktur aus, wobei der
Energieabstand der einzelnen Bewegungszustände groß gegenüber ihrer
Unschärfe ist. Transversal können sich die Atome dagegen quasi frei
bewegen, d.h. das Modenspektrum ist hier kontinuierlich. Ein
einzelnes Potentialminimum stellt daher einen Resonator für atomare
de Broglie-Wellen dar und kann als das atomoptische Analogon eines
zweidimensionalen Wellenleiters in der Lichtoptik angesehen werden.
Der de Broglie-Wellenleiter bietet die Möglichkeit zur Untersuchung
eines quasi-zweidimensionalen Gases ultrakalter Atome vor einer
Oberfläche. Darüberhinaus könnte auf seiner Grundlage eine
kontinuierliche laserartige Quelle für Atome realisiert werden.
Strahlteiler existieren in der Atomoptik analoge Systeme. Licht -
oder allgemeiner elektromagnetische Felder - und Materie treten
hierbei mit quasi vertauschten Rollen auf: Den optischen Elementen
entsprechen elektromagnetische Felder und den Lichtfeldern
Materiewellen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Wellenleiter für atomare de
Broglie-Wellen realisiert: Durch Reflexion eines Laserstrahls an
einer goldbedampften Prismenoberfläche wurde eine stehende Lichtwelle
generiert. Bei einer Frequenz des Lichtes nahe der Resonanzfrequenz
eines atomaren Überganges in metastabilem Argon übt das Lichtfeld
auf die Atome eine Dipolkraft aus, die durch ein Potential
proportional der Intensitätsverteilung im Interferenzmuster der
stehenden Welle beschrieben werden kann. Atome mit hinreichend
kleiner kinetischer Energie können so in den Potentialminima
gespeichert werden.
In longitudinaler Richtung zur stehenden Welle ist die
Schwerpunktsbewegung der Atome stark eingeschränkt und zeichnet sich
durch eine diskrete quantenmechanische Modenstruktur aus, wobei der
Energieabstand der einzelnen Bewegungszustände groß gegenüber ihrer
Unschärfe ist. Transversal können sich die Atome dagegen quasi frei
bewegen, d.h. das Modenspektrum ist hier kontinuierlich. Ein
einzelnes Potentialminimum stellt daher einen Resonator für atomare
de Broglie-Wellen dar und kann als das atomoptische Analogon eines
zweidimensionalen Wellenleiters in der Lichtoptik angesehen werden.
Der de Broglie-Wellenleiter bietet die Möglichkeit zur Untersuchung
eines quasi-zweidimensionalen Gases ultrakalter Atome vor einer
Oberfläche. Darüberhinaus könnte auf seiner Grundlage eine
kontinuierliche laserartige Quelle für Atome realisiert werden.
Subject (DDC)
530 Physics
Keywords
atom optics,argon,matter waves,metastable,waveguide
Conference
Review
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Cite This
ISO 690
HARTL, Michael, 2000. Ein planarer de Broglie-Wellenleiter [Dissertation]. Konstanz: University of KonstanzBibTex
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Examination date of dissertation
July 24, 2000