Hoon Oo Lee, Dissertation, Fachbereich Physik der
Universität Hamburg
Datum: 02.04.2003
(Disputation)
Schlagwörter: Laser cooling and
trapping, magneto-optical trap, atomic beam, laser modulation
PACS : 32.80.Pj, 42.50.Vk,
42.62.Fi
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Rubidium-Atome mit der Massenzahl 85 in einer
modifizierten magneto-optischen Falle mit nur einem optischen Zugang
gespeichert, und ein subthermischer Rubidium-Atomstrahl wurde aus der Falle
erzeugt. Die Atomzahl in der gespeicherten Wolke und die Flussdichte des
Atomstrahls wurden unter verschiedenen Bedingungen gemessen.
Zum optischen Kühlen und Speichern von 85Rb-Atomen wurde das Licht
einer Laserdiode verwendet, die mit der Frequenz nM»2,93
GHz über ihren Injektions-Strom moduliert wurde. Die erste obere
Seitenband-Frequenz des modulierten Lasers wurde zum optischen
Hyperfein-Rückpumpen verwendet, damit die Rubidium-Atome effektive
Zwei-Niveau-Systeme bilden und kontinuierlich gekühlt werden können. Die
Emissionsfrequenz der Laserdiode wurde durch optische Rückopplung mit einem
holographischen Sinusgitter stabilisiert und durchstimmt.
Unter Verwendung eines hohlen Pyramiden-Spiegels wurde die
Strahlen-Konfiguration aus drei orthogonalen s+Çs--Stehwellen mit einem einzigen breiten
zirkular-polarisierten Lichtbündel realisiert. Durch ein Loch an der Spitze des
Pyramiden-Spiegels wurde ein subthermischer Atomstrahl aus der Falle
extrahiert. Mithilfe eines dielektrischen spiegelbeschichteten l/4-Plättchen,
das in der Mitte ein kleines Loch hat, wurde ein hohles axial-rückläufiges
Lichtbündel erzeugt, damit der Atomstrahl gut kollimiert wird. Der Atomstrahl
kann durch einen gegenläufigen oder kreuzenden Lichtstrahl abgeschaltet werden,
oder auch durch Schalten des Quadrupol-Magnetfeldes. Der Atomstrahl kann
kontinuierlich oder gepulst betrieben werden.
Mit der Methode des Fluoreszenz-Nachweises wurden die Atomzahl in der Wolke und
die im Anregungsbereich des Atomstrahls ermittelt. Sie wurden in Abhängigkeit
von Verstimmung und Intensität des Kühllasers untersucht. Die maximale Zahl der
in der Wolke gespeicherten Atome war ca. 5×106 Atome und
die entsprechende Atomdichte 1010 Atome/cm3. Die mittlere
Geschwindigkeit des Atomstrahls lag unterhalb v=20 m/s. Die Teilchenflussdichte
war beim kontinuierlichen Atomstrahl maximal 3×108 Atome/cm2×s und
beim gepulsten maximal 7×108 Atome/cm2×s.
Titel
In this work, rubidium
atoms with the mass number 85 were stored in a modified magneto-optical trap
with only a single optical window, and a subthermal rubidium atomic beam
was generated from the trap. The number of atoms in the stored cloud and the
flux density of the atomic beam were measured under various conditions.
The laser diode modulated its injection current at the frequency nM » 2.93 GHz was used to cool optically and trap 85Rb-atoms.
The first upper sideband frequency of the modulated laser was used for the
optic hyperfine repumping, so that the rubidium atoms form effective
two-level-systems and can be cooled continuously. The emission frequency of the
laser diode was stabilized and tuned by optical feedback with a holographic
diffraction grating.
By using a pyramidal hollow mirror, the radiation configuration from three
orthogonal s+Çs--standing waves was realized with a
single circular polarized light bundle. A cold atomic beam is extracted from
the trap through a hole at the apex of the pyramidal mirror. To collimate the
atomic beam, the extraction column was produced by placing a retro-optic with a
1 mm hole at 2 cm from the trap center. The retro-optic is a quarter-wave plate
of which a reflecting layer was coated on the back surface. The atomic beam can
be tuned on and off by a counterpropagating or crossing light beam, or also by
switching of the inhomogeneous magnetic field. The atomic beam can be driven
continuously or in a pulsed mode.
The numbers of atoms in the cloud and in the detection region of the atomic
beam were estimated by detecting the fluorescences. They were studied in
dependence on the detuning and the intensity of the cooling laser. The maximum
number of trapped atoms was 5×106
atoms and the corresponding atomic density 1010 atoms/cm3
. The mean velocity of the atomic beam was estimated to be ~20 m/s. The maximum flux density was
3×108 atoms/cm2×s with the continuous atomic beam
and 7×108 atoms/cm2×s with the pulsed.