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Quantentechnologie

Dieter Meschedes Forschungsgruppe
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EIT mit einem einzelnen Atom

alt Elektromagnetisch induzierte Transparenz (EIT) ist in der Quantenoptik wohl bekannt: Ein atomares Gas wird von einem Test- und einem Kontroll-Laser beschienen. Man misst die Absorption des Test-Lasers durch die Atome. Schaltet man den Kontroll-Laser aus, so ist die Absorption hoch, da sich die Frequenz des Test-Lasers nahe eines atomaren Überganges befindet. Schaltet man den Kontroll-Laser jedoch an, so kann man erreichen, dass die Absorption des Test-Laser stark verringert wird. Dies geschieht auf Grund destruktiver Interferenz zwischen den atomaren Anregungskanälen (es gibt zwei Grundzustände und einen angeregten Zustand), welche von den Lasern angesprochen werden. Das bedeutet, dass das atomare Gas transparent für den Test-Laser wird, falls der Kontroll-Laser ebenfalls eingestrahlt wird und die Frequenz-Verstimmungen beider Laser zum angeregten atomaren Zustand (die Differenz dieser Verstimmungen wird Zwei-Photonen-Verstimmung genannt) gleich groß sind.

Wir haben EIT einzelner Atome mittels unseres Resonators nachgewiesen. Ein Cartoon des experimentellen Aufbaus befindet sich auf der linken Seite. Im Experiment wurde die Frequenz des Test-Lasers 20 MHz oberhalb der atomaren Resonanzfrequenz und in Resonanz mit dem Resonator fixiert. Mit dieser Einstellung haben wir die Transmission des Test-Lasers in Abhängigkeit der Zwei-Photonen Verstimmung des Kontroll-Lasers bestimmt.

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Die Daten oben (Kreise mit statistischen Fehlerbalken) zeigen die gemessene Transmission des Test-Lasers in Abhängigkeit von der Zwei-Photonen-Verstimmung des Kontroll-Lasers. Wir haben die Messungen für N=1,2,3 Atome innerhalb des Resonators aufgenommen. Die beiden Linien zeigen die Vorhersage eines quantenmechanischen Models. Die Daten zeigen, dass die Atome für den Test-Laser stärker transparent werden, wenn die Zwei-Photonen Verstimmung  null wird.

Außerdem haben wir beobachtet, dass die Atome innerhalb des Resonators gekühlt werden (s. Daten unten). Die Atome überlebten (=blieben in der Falle) deutlich länger, wenn ihre Transparenz für den Test-Laser am höchsten war (blaue Daten), verglichen mit der Situation, in der Test- und Kontroll-Laser ausgeschaltet waren (rote Daten).

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Der exponentielle Fit zeigt, dass permanent gekühlte Atome über eine 20-fach höhere Lebenserwartung als ihre ungekühlten Artgenossen verfügen.
 

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