IAP logo UniBonn logo
EnglishDeutsch
  • Schrift vergrößern
  • Standard-Schriftgröße
  • Schriftgröße verkleinern

Quantentechnologie

Dieter Meschedes Forschungsgruppe

Home Diplom-, Master- u. Bachelorarbeiten
Drucken
Diplom-, Master- u. Bachelorarbeiten

2014

  • F. Kleißler
    Assembly and Characterization of a High Numerical Aperture Microscope for Single Atoms, (2014), MasterarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    This master thesis investigates the optical imaging properties of a state of the art in-house developed objective for the observation of single atoms trapped in a two-dimensional spin-dependent optical lattice. After the successful assembly of the objective lenses into a ceramic holder two different approaches for the characterization are presented. First a wave-front analysis for the estimation of the root-mean-square deviation to a planar reference using a Shack-Hartmann sensor and a Shearing interferometer is performed. In the second approach the imaging of a point-like light-source is utilized to determine the point-spread-function of the objective. The production of the probes is inspired by methods of optical microscopy in the nano-scale regime like Total-Internal-Reflexion-Fluorescence- and Scanning-Nearfield-Optical-Microscopy. Self-written MATLAB-routines are used to extract quantitative information on the imaging system. The analysis in this work shows that the objective can operate close to diffraction limit with a numerical aperture of 0.9. Numerically calculated point-spread-functions are compared to the measurements to explain the small deviations to the perfect Airy pattern. A very good agreement has been found between the point-spread-function calculated numerically and that measured in the characterization set-up.

2013

  • M. Link
    Vermessung der Linienbreite eines Interferenzfilter-Diodenlasers mithilfe der Heterodyn-Methode, (2013), BachelorarbeitBibTeX
  • S. Urban
    Optimization of an optical fiber endfacet machine, (2013), BachelorarbeitBibTeX
  • J. Huisman
    State-dependent Atom Transport in Polarization Synthesized Optical Lattices: An Estimation of Dephasing Inlfuences, (2013), BachelorarbeitBibTeX

2012

  • A. Hambitzer
    Direct Synthesis of Light Polarization for State-Dependent Transport, (2012), MasterarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »

    This master-thesis investigates a new approach for state-dependent transport of atoms in an optical lattice. It is based on a direct synthesis of light polarization by superimposing two circular polarized beams and employing RF sources integrated with acousto-optic modulators for phase control. An interferometrically stable phase between the two beams is achieved by locking them actively with a heterodyne technique. The influence of polarization crosstalk and erroneous components on the optical lattice and the phase locked loop are investigated and the quality of the phase locked loop is analyzed.

    Compared to conventional methods [25] the direct synthesis method avoids the need of an electro-optic modulator, where rotations on the Poincare sphere are limited by the applicable voltage and restrictions on manufacturing and crystal quality exist. Overcoming these limitations it is expected to reach higher polarization purity and larger shift distances in the new design.

  • S. Manz
    Heterodyne spectroscopy with single atoms in a high-finesse optical cavity, (2012), MasterarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    The present thesis is divided into three parts: Chapter one gives a brief theoretical introduction followed by a short description of the existing experimental setup. Subsequently, the implementation and characterization of the strongly focused dipole trap is presented. The chapter closes with an introduction of the heterodyne detection setup. Chapter two highlights theoretical aspects of heterodyne detection, emphasizing the estimation of the expected signal-to-noise ratio in comparison to the measurements. Finally, chapter three deals with heterodyne spectroscopy as a tool to map intracavity dynamics to frequency domain. At first a short theoretical introduction into cooling of the motional degree of freedom of a trapped atom in a cavity is given. First measurements of motional sidebands are presented and possible broadening mechanisms are discussed in detail. Eventually, the extracted temperature and cooling rate is compared to theoretical expectations.
  • M. Genske
    Electric Quantum Walks with Individual Atoms, (2012), MasterarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »

    The experimental realisation of electric quantum walks, i.e. quantum walks that are subject to a force, is presented with individual caesium atoms. Hereby, the behaviour of a charged quantum particle in a static electric eld is simulated in a time as well as space discrete system. Building on previous achievements [1], the demonstration of ordinary quantum walks of up to 100 steps is shown. Further thorough theoretical studies expose the underlying simulator properties of such a quantum walk system experiencing a force. Similarities to the continuous time analogue as well as characteristic features that are indebted to the discrete evolution of the system are presented. The implementation of a direct digital synthesizer allows the experimental application of discrete forces in the system by employing frequency ramps, and thus leads to the realisation of electric walks. Results are given for selected force parameters, showing the phenomenon of Bloch oscillations. Additionally, pure ballistic transport of the electric quantum walk due to strong Landau-Zener tunnelling in the strong force regime is demonstrated.

  • D. Kim
    Quantum Register Initialization via Deterministic Atom Sorting in Optical Lattices, (2012), MasterarbeitBibTeXPDF
  • J. Zopes
    Einzelplatz-Detektion im optischen Gitter unterhalb des Beugungslimits, (2012), BachelorarbeitBibTeX
  • C. Lützler
    Fabrication of Optical Microfibers, (2012), MasterarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »

    So called optical microfibers (OMFs) with diameters on the order of one micrometer have attracted much attention during the last years. This results from the optical properties of the OMFs. Due to the small cross section of the OMF about 50% of power guided trough it propagates outside the physical boundary of the OMF. The portion of light guided by the fiber but propagating in the surrounding medium is referred to as the evanescent field. This field can be accessed rather easily for experiments and offers high light intensity because of the strong spacial confinement. This thesis work lays the foundations for the on-demand fabrication of OMFs of any shape and with various optical properties. The scope of this work covers among others the design of an advanced mechanical setup, the corresponding calculations on fabrication of OMFs, and the analysis and verification of the properties of the resulting OMFs.

  • N. Thau
    Optical fiber cavities, (2012), MasterarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    The demand for fiber cavities for studying light matter interaction increased in the recent years. The ablation setup in Paris is used as a basic tool for fabricating fiber mirrors by ablating material on a fi ber end facet with a CO2 laser. In this work we improved the controllability and the efficiency of the setup. A better quality of the CO2 laser beam was achieved by the minimisation of the astigmatism caused be the dichroic mirror. This enables the adjustment of a certain beam radius by moving the fi ber end facet along the beam direction. Based on the experiences in Paris, we built up an improved ablation setup in Bonn. The dichroic mirror and the microscope are substituted by a new alignment method of the fiber end facet. A 1550nm laser is overlapped with the CO2 laser beam and coupled into the fiber. By the amount of light coupled into the fi ber, the position of the fi ber is determined. As a new approch, a Michelson pro filometer is implemented into the setup to determine the structure pro files on the fi ber end facet. All electrical components in the ablation setup are controlled centrally with a MBED microcontroller which will enable an automated alignment of the fiber and ablation process in the future. In a further experiment, the properties of a fi ber cavity are investigated in Paris. Elliptically polarized light at a wavelength of 900nm is coupled into the cavity and from the transmission signal as well as the camera pictures, the free spectral range, the fi nesse and the spectral width is determined. From this, the reflectivity of the mirrors, the mode waist and the cavity fi eld decay rate are roughly estimated. Especially the birefringence of the mirror coating was also investigated in this measurement and is observed as a resonance splitting in the transmission signal.
  • S. Arnoldt
    Rotating Quarter-Wave Plate Stokes Polarimeter, (2012), BachelorarbeitBibTeXPDF
  • J. E. Hartung
    Surface protection of optical microfibres for caesium spectroscopy, (2012), DiplomarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    In this thesis I present experiments done with optical fibres tapered down to submicrometre diameters. In such an optical microfibre, OMF, the light is strongly confined over a large length with a strong evanescent field propagating outside of the OMF. With this high light intensity in the surrounding medium of the OMF over a length of several millimetres, OMFs offer excellent conditions for light-matter interaction experiments. Linear absorption spectroscopy of hot caesium vapour using OMFs has already been done in our group [1]. The goal of my work was to investigate the possibilities of further spectroscopic methods. After presenting the considerations about pump - probe spectroscopy of caesium vapour using OMFs, I will introduce the optical setup I built. It offers the possibility for saturated absorption and polarisation spectroscopy using OMFs with a great flexibility. In first experiments the setup proofed to work, but transmission losses due to chemical reactions of the caesium with the surface of the OMFs prevented further investigations. To overcome this problem, the surface of the OMF had to be protected. I will present the surface passivation method which fulfils all of our demands and the developed treatment procedure of an OMF. This treatment procedure can now be applied and an OMF with a chemically passivated surface can be connected to the ready to use optical setup for pump - probe spectroscopy of hot atmoic caesium vapour.

2011

  • S. Brakhane
    Kontrolle der Atom-Resonator-Wechselwirkung mit Hilfe einer Regelschleife, (2011), DiplomarbeitBibTeXPDF
  • F. Bruse
    Harmonic Generation with Optical Microfibres under Controlled Atmospheres, (2011), DiplomarbeitBibTeXPDF
  • S. Hild
    Resolved Raman sideband cooling in a doughnut-shaped optical trap, (2011), MasterarbeitBibTeXPDF
  • F. Kindermann
    Towards Coherent Control of a Single Cs Atom in an Ultracold Rb Cloud, (2011), MasterarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    My thesis will present the experimental realisation and characterisation of all prerequisites necessary for the investigation of the coherence dynamics of single atoms immersed in a quantum gas: In the first chapter, the traps used to combine the single Cs atom with the ultracold Rb cloud are presented and characterised. Afterwards the methods used to control the internal degree of freedom of the Cs atom, e.g. microwave spectroscopy, are introduced. In the last chapter the coherence time of the generated superposition states is measured. A species selective lattice was built and implemented in the current setup. A transfer efficiency from the single atom MOT into the lattice and back close to unity has been achieved. This is an essential prerequisite for future experiments, because all measurements rely on counting the atom number in the MOT before and after manipulation of the atom. It was verified that the measured lattice parameters agree with the theoretically predicted values. A microwave setup has been built and used to generate a superposition state of two Zeeman states in a single Cs atom. From a Ramsey spectroscopy measurement performed in the lattice, the inhomogeneous coherence time of nearly 60 μs has been inferred and the differential light shift has been found to be the limiting factor. Within the dipole trap we measured the homogeneous coherence time of approximately 1200 μs using different trap depths, observing that the time stays the same in each measurement. The limiting processes are mainly ascribed to uctuations of the current owing through the coils generating the magnetic guiding field. Unfortunately it was not possible to perform a combined measurement of a single Cs atom and an ultracold Rb cloud because of a major vacuum leak.
  • M. Sieghart
    A frequency stabilized diode laser system, (2011), DiplomarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    We will start by looking into the design and operating mode of semiconductor lasers. We will derive a formula describing their linewidth as well as discuss the dynamic properties of semiconductor lasers. This chapter will also explain what happens if we irradiate an external fi eld into the laser cavity to investigate the possibilities for narrowing the linewidth of the laser and how to realize this. We have to study frequency selective components we want the laser to lock to and will explore how to build a servo loop to make the locking stable. We will generate the servo loop by using a technique rst proposed by Hänsch and Coulliaud in 1980. This technique is based on a polarization spectroscopy providing a dispersive error signal with a very broad capture range. To control our advance we have to fi nd a method to measure the linewidth of the laser. This we will do with a self heterodyne scheme fi rst proposed by Okoshi et al. in 1985 which provides a high spectral breakup. Afterwards we will describe how the setup was generated, which problems have occurred and how they have been solved. At the end this diploma thesis will provide an outlook which steps can be taken to improve this experiment further on. The setup generated in this diploma thesis supplies first promising results in order to generate a compact long term frequency stabilized diode laser system. In addition to the presented setup we studied a similar system with a plane-parallel cavity described in detail in the diploma thesis of Julia Kemp. This setup provided dissatisfactory results which led us to concentrate our e fforts to the V-con guration. Beginning with a linewidth of (5.26 +-1.82) MHz it was possible to reduce it by a factor of 10 to (0.55 +-0.34) MHz. Many problems in generating the setup have been solved and described as well. The actual locking laser of the Cqed experiment has a linewidth of about 10 kHz. So this setup has to be improved to achieve comparable results.

2010

  • M. Eckstein
    Three-Level Physics of a Single Atom Coupled to a High Finesse Cavity, (2010), DiplomarbeitBibTeXPDF
  • A. Mawardi
    Generation of a donut beam for a tight radial confinement of atoms in a one-dimensional optical lattice, (2010), MasterarbeitBibTeXPDF
  • D. Pritzkau
    Measurement of submicrometer diameters of tapered optical fibres using scanning electron microscopy, (2010), DiplomarbeitBibTeXPDF
  • K. Katayama
    Optical Phase Lock Loops and Raman-Cooling, (2010), MasterarbeitBibTeXPDF
  • A. M. Moqanaki
    Towards 3D Raman Sideband Cooling of Rubidium, (2010), MasterarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    Raman sideband cooling is a method to prepare atoms in the vibrational ground state of a periodic potential and cool them below recoil limit. It can be implemented as a mid-stage cooling to improve the eciency and speed of evaporative cooling. The aim of this text is introducing its principle, design of such an apparatus for Rubidium atoms using diode lasers and explain technical details of set up process. The design for a laser system based on three diode lasers for a MOT to trap and pre-cool the atoms and the 3D optical lattice to perform the degenerate Raman sideband cooling is presented. Three external cavity diode lasers working at 780nm with 40 mW and 60 mW of power are built and locked to 87Rb D2-line using polarization spectroscopy. In addition, A UHV system with the final pressure of 7*10^-10 is built. Reaching a UHV regime has lots of diffculties and needs certain techniques and care. Here the techniques I have sued to maintain such low pressure, namely: cleaning recipe, pump down, bake-out and leak tests has been discussed in details.
  • J. Kemp
    Aufbau eines schmalbandigen Diodenlasers, (2010), MasterarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    Im Rahmen dieser Arbeit wurden unterschiedliche optisch stabilisierte Diodenlasersysteme aufgebaut und deren Eigenschaften untersucht. Neben einem Aufbau in „klassischer“ V-Konfiguration wurde auch ein System mit Planspiegeln realisiert, welches aber nur unbefriedigende Ergebnisse lieferte. Dies ist zum einen auf die durch den Aufbau bedingten längeren optischen Wege und zum anderen auf Störungen von außerhalb zurückzuführen. Für zukünftige Anwendungen ist es deshalb nötig, den Aufbau mechanisch zu stabilisieren. Erheblich bessere Ergebnisse wurden mit der Rückkopplung von einem Resonator in VKonfiguration erzielt. Hier war bereits eine Stabilisierung des Lasers ohne zusätzliche elektronische Regelung erkennbar. Damit beide Systeme besser verglichen werden können, ist es sinnvoll, ihre Finesse einander anzupassen. Dies könnte über die Wahl geeigneter Spiegel realisiert werden. Um Linienbreiten im Megahertz- und Sub-Megahertz-Bereich zu messen, sind verschiedene Verfahren analysiert und angewandt worden. Die Linienbreitenbestimmung mit einem frequenzselektiven Element konnte mit einem selbst gebauten Fabry-Pèrot-Resonator realisiert werden. Für eine bessere Auflösung könnten eine Schall- und Schwingungsisolierung des Resonators und Spiegel höherer Reflektivität sorgen. Desweiteren ist gezeigt worden, dass die Linienbreitenbestimmung aus einer Schwebungsmessung mit Hilfe eines Selbst-Heterodyn-Interferometers notwendig erscheint, da hier kleinste Auflösungen gewährleistet werden können. Quantitative Aussagen über die Linienbreite erfordern ein stabiles Signal und eine genaue Analyse des Linienprofils, da der Zusammenhang zwischen einer Erhöhung des Frequenzrauschens und der Linienbreite von der Linienform abhängt. Ist das Linienprofil nicht mit ausreichender Genauigkeit bekannt, so muss das Schwebungssignal als obere Grenze der Linienbreite angenommen werden. Um diese Zusammenhänge genauer zu klären, könnte es hilfreich sein, einen Laser bekannter Linienbreite versuchsweise zu vermessen.
  • O. Fetsch
    Bau einer speziesselektiven Falle für ein einzelnes Cs-Atom in einem Rubidiumhintergrundkondensat, (2010), DiplomarbeitBibTeX

2009

  • T. Weikum
    Ein System zur Fluoreszenzdetektion einzelner Cäsiumatome in einem Rubidium-Bose-Einstein-Kondensat, (2009), DiplomarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    Die im Rahmen dieser Diplomarbeit erlangten und hier vorgestellten Ergebnisse tragen wesentlich zum Erreichen des Experimentziels, dem Einbringen eines einzelnen Cs-Atoms in ein Rb-Bose-Einstein-Kondensat, bei. So wurde für den Einsatz am in Kapitel 4 beschriebenen Gesamtexperiment ein Rb-Rückpump-Diodenlaser mit neuem Gehäusedesign aufgebaut, um den entsprechenden älteren Diodenlaser, welcher das tägliche Experimentieren durch häuge Modensprünge signikant behinderte, zu ersetzen. Der neu aufgebaute Diodenlaser weist eine gute Frequenzstabilität auf und ist auf äußere akustische oder mechanische Störungen wenigempndlich. Für den zukünftigen Nachweis der einzelnen Cs-Atome im Rb-Bose-Einstein-Kondensat, dessen theoretische Grundlagen in Kapitel 2 kurz zusammengefasst wurden, konnte ein auf Fluoreszenzdetektion basierendes Abbildungssystems realisiert werden (Kapitel 5 und 6). Dabei gehörten die sorgfältige Analyse der Anforderungen an das Abbildungssystem und dessen an die experimentellen Bedingungen angepasstes Design genauso zu den zu bewältigenden Aufgaben, wie die theoretische Simulation der optischen Eigenschaften von ausgewählten Komponenten sowie die Verifikation dieser theoretischen Vorhersagen im experimentellen Test. Vor dem endgültigen Einbau des Fluoreszenzdetektionssystems in das Gesamtexperiment wurde dieses separat aufgebaut und vorjustiert. Mit einer abgeänderten Kollimationsoptik konnte so nach dem Einbau des Fluoreszenzdetektionssystems in das Gesamtexperiment schließlich die typische stufenförmige Ladekurve einer nur wenige Atome einfangenden Cs-MOT aufgenommen werden. Damit wurde auch der experimentelle Beweis erbracht, dass das entworfene und realisierte Detektionssystem für den Nachweis einzelner Cs-Atome sehr gut geeignet ist.
  • A. Thobe
    Quantum Jumps of One and Two Atoms in a Strongly Coupled Atom-Cavity System, (2009), DiplomarbeitBibTeXPDF

2008

  • K. Schörner
    Ein phasenstabilisiertes Lasersystem für resonatorinduzierte Raman-Prozesse , (2008), DiplomarbeitBibTeXPDF
  • F. Grenz
    Ein System zur entarteten Raman-Seitenbandkühlung einzelner Cäsium-Atome , (2008), DiplomarbeitBibTeXPDF
  • K. Lenhard
    Stabilisierung eines Resonators hoher Finesse zur Atom-Lichtfeld-Kopplung, (2008), DiplomarbeitBibTeXPDF

2007

  • A. Stiebeiner
    Deterministische Kopplung eines einzelnen Atoms an die Mode eines Resonators hoher Finesse, (2007), DiplomarbeitBibTeXPDF
  • L. Steffens
    Aufbau einer optischen Dipolfalle zur Speicherung atomarer Bosegemische, (2007), DiplomarbeitBibTeXPDF
  • D. Döring
    Ein Experiment zum zustandsabhängigen Transport einzelner Atome, (2007), DiplomarbeitBibTeXPDF
  • A. Härter
    Ein Aufbau zur kohärenten Manipulation und zum zustandsabhängigen Transport einzelner Atome, (2007), DiplomarbeitBibTeXPDF

2005

  • L. Förster
    Sortierung von einzelnen neutralen Atomen mit zwei gekreuzten Dipolfallen, (2005), DiplomarbeitBibTeXPDF
  • C. Grachtrup
    Aufbau einer kombinierten magnetooptischen Falle für Cäsium und Rubidium, (2005), DiplomarbeitBibTeX
  • E. Vetsch
    Evaneszente-Wellen-Spektroskopie mit ultradünnen optischen Glasfasern, (2005), DiplomarbeitBibTeXPDF
  • C. Weber
    Ein lasergekühlter Indiumatomstrahl zur atomaren Nanostrukturierung, (2005), DiplomarbeitBibTeXPDF

2003

  • M. Khudaverdyan
    Addressing of individual atoms in an optical dipole trap, (2003), DiplomarbeitBibTeXPDF
  • B. Klöter
    Erzeugung ultrakalter Rubidiumatome zur Photoassoziation von Rubidium und Caesium, (2003), DiplomarbeitBibTeXPDF
  • W. Rosenfeld
    A high finesse optical resonator for cavity QED experiments, (2003), DiplomarbeitBibTeXPDF
  • M. Ringler
    Aufbau und Charakterisierung einer Magnetfalle zum Speichern und Kühlen verdünnter atomarer Gase, (2003), DiplomarbeitBibTeXPDF

2002

  • I. Dotsenko
    Raman spectroscopy of single atoms, (2002), DiplomarbeitBibTeXPDF
  • Y. Miroshnychenko
    Design and test of an optical high finesse resonator for single atom experiments, (2002), DiplomarbeitBibTeXPDF

2001

  • M. Müller
    Ramankühlung einzelner Atome, (2001), DiplomarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    Ausgehend von den theoretischen Überlegungen wurde ein Schema zur Raman-Seitenbandkühlung eines in der optischen Dipolfalle gespeicherten Atoms vorgestellt. Hierbei wurden alle für unser Experiment wichtigen Parameter berechnet und zusätzlich die erforderlichen Bedingungen für das benötigte Lasersystem festgelegt. Dieses Lasersystem wurde aufgebaut und getestet. Mit Hilfe eines EOMs wurden die beiden Ramanlaser mit der zur Seitenbandkühlung notwendigen stabilen Differenzfrequenz erzeugt. Um effektives Kühlen zu ermöglichen, wurden die beiden Frequenzen anschließend durch ein HDW-Interferometer räumlich voneinander getrennt. Somit werden auch die experimentellen Voraussetzungen für die Raman-Seitenbandkühlung erfüllt. Man steht daher kurz vor dem Ziel, ein einzelnes Atom in den niedrigsten gebundenen Zustand im Potenzial einer optischen Dipolfalle zu überführen.
  • S. Tandler
    Atomlithographie mit einer holographisch erzeugten Lichtmaske, (2001), DiplomarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuartiges Verfahren zur Erzeugung von Lichtmasken für die Atomlithographie erprobt. Statt der bisher üblicherweise verwende- ten Spiegelanordnung wurde hier die Lichtmaske durch ein Hologramm erzeugt, das einen Auslesestrahl in mehrere Signalstrahlen abbeugt. Mit diesem Experiment wurden erfolgreich Strukturen in eine Goldoberfläche übertragen, die mit simulierten Ergebnissen weitestgehend übereinstimmen. Diese Strukturen sind periodisch angeordnete, parallele Linien mit einem Abstand von 426 nm. Die Simulation der verwendeten Lichtmaske sagt für eine reine Dreistrahlgeometrie voraus, daß diese Linien jeweils im Abstand von 24,4 µm unterbrochen werden und versetzt weiterlaufen. Diese Versetzungen können beobachtet werden, haben allerdings keinen konstanten Abstand. Dieses Verhalten kann aber auf einen vierten Strahl, der die erwartete Lichtmaske verändert, zurÄuckgeführt werden. Insgesamt läßt sich daher sagen, daß damit der Nachweis erbracht wurde, daß sich Hologramme zur Erzeugung von Lichtmasken eignen, mit denen das Atomlithographieverfahren durchgeführt werden kann.
  • T. Herz
    Charakterisierung eines Doppel-MOT-Systems zur Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats, (2001), DiplomarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    Während der Zeit dieser Diplomarbeit wurde das Experiment kontinuierlich weiterentwickelt. Die Atomzahl in der oberen MOT wurde mit verschiedene Verbesserungen um den drei Größenordnungen erhöht. Die optischen Elemente des Pushing-Beams wurden aufgebaut. Ein zuverlässiger Transport von Atomen in die Glaszelle mit Hilfe des Pushing-Beams konnte sowohl im gepulsten als auch im kontinuierlichen Betrieb nachgewiesen werden. Die Eigenschaften des Atomstrahls wurden charakterisiert. Die optischen Elemente der unteren MOT wurden aufgebaut und die MOT erfolgreich in Betrieb genommen. Es wurden verschiedene Messungen zu Atomzahlen und Temperaturen an der unteren MOT vorgenommen. Die Stabilität der Falle wurde kontinuierlich verbessert und die Anzahl der gefangenen Atome wurde deutlich verbessert. Erstes Umladen in die Magnetfalle wurde erfolgreich vorgenommen. Die ersten Versuche zum optischen Pumpen vor dem Umladen in die Magnetfalle fanden kürzlich statt. Die Beobachtungsoptik zur Detektierung der kalten Atomwolke wurde fertiggestellt.
  • S. Marenbach
    Aufbau und Untersuchung eines stabilisierten Lasersystems für die Bose-Einstein-Kondensation, (2001), StaatsexamensarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    An unserem BEC-Experiment werden die verwendeten Laser durch „DAVLL“-Aufbauten stabilisiert. Die Abkürzung steht für „Dichroic Atomic Vapor Laser Lock”, es handelt sich dabei um eine von mehreren möglichen Methoden zur Frequenzstabilisierung von Halbleiter-lasern; Details hierzu werden im Verlauf dieser Arbeit näher erläutert. Die vor Beginn dieser Arbeit verwendeten DAVLL-Aufbauten wiesen im praktischen Betrieb einige Nachteile auf, insbesondere konnte die geforderte Frequenzkonstanz nicht erreicht werden, da über einen Zeitraum von einigen Stunden die Frequenz der Laser um mehr als 20 MHz driftete. Im Rahmen dieser Arbeit sind die bestehenden DAVLL-Aufbauten geeignet modifiziert worden, um diesen Problemen zu begegnen. Durch die Modifikation der DAVLL-Aufbauten ist eine deutliche Verbesserung der Frequenzstabilität aller am BEC-Experiment verwendeten Laser erreicht worden. Die neu konstruierten DAVLL-Systeme befinden sich im täglichen Einsatz und erlauben ein kontinuierliches Arbeiten am Experiment über den Zeitraum von mehr als einer Stunde, ohne in der Zeit die Frequenzen der Laser neu einstellen zu müssen. Vorteilhaft ist außerdem, daß die Laser auch bei großen äußeren Störungen sicher in der Regelschleife bleiben. Zudem ist das magnetische Streufeld in der Umgebung der neuen DAVLL-Aufbauten wesentlich kleiner als vorher. Somit handelt es sich bei der entwickelten DAVLL-Konstruktion um ein kostengünstiges, leicht handhabbares und gut funktionierendes System.

2000

  • R. Löw
    Dressing and Trapping Bose-Einstein Condensates with Light, (2000), DiplomarbeitBibTeX
  • R. Bertram
    Atomstrahlumlenkung mit Magnetbändern, (2000), DiplomarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    Mit Hilfe von sinusförmig magnetisierten Videobändern lassen sich effiziente Reflektoren für kalte Atomstrahlen herstellen. Durch das relativ schwache Oberflächenfeld sind die reflektierbaren Energien recht klein, was die Möglichkeiten auf streifende Reflexion beschränkt. In Analogie zur Röntgenoptik, wo optische Komponenten bei streifender Reflexion bekannt sind, wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Strahlumlenkung konstruiert, die durch mehrfache Reflexion an einem gekrümmten Magnetband größere Ablenkwinkel möglich macht (ein sogenannter "Flüstergalerie"-Spiegel). Dazu wurde zunächst eine Technik entwickelt, die uns aus Brighton zur Verfügung gestellten magnetisierten Bänder glatt in die gewünschte Form zu kleben. In Simulationsrechnungen wurde untersucht, welche Transmissionseigenschaften eine solche Komponente, auch bei nicht perfekter Oberfläche, zeigen sollte. Die Funktion konnte an einer flexiblen Flüstergalerie demonstriert werden, die Ablenkwinkel zwischen 3 und 25° erlaubt. Bei geeigneter Wahl des Einfallswinkels läßt sich ein räumlich enger Strahl transmittieren, bei dem die Anzahl der Reflexionen am Magnetband abgezählt werden kann. Damit konnte gezeigt werden, daß die Transmission nicht von der Anzahl der Reflexionen abhängt, die Reflektivität des Magnetbandes liegt auch im gekrümmten Fall bei nahezu 100%.
  • M. Stähler
    Optimierung eines Dunkelresonanz-Magnetometers, (2000), DiplomarbeitBibTeXPDF
  • D. Schrader
    Ein Förderband für einzelne Atome, (2000), DiplomarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Apparatur entwickelt und aufgebaut, mit der neutrale Atome über eine makroskopische Strecke im Millimeterbereich transportiert werden können. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die Atome im Dipolpotential einer optischen Stehwelle gespeichert, welche von zwei gegenläufi gen fokussierten Laserstrahlen gebildet wird. Durch relative Verstimmung dieser beiden Strahlen wird die Stehwellenstruktur bewegt und die Atome in deren Potentialtöpfen mitgeführt. Bei der Planung dieser Apparatur wurden verschiedene Realisierungsmöglichkeiten gegeneinander abgewogen. Konkrete Rechnungen und Abschätzungen wurden sowohl für eine rotverstimmte als auch für eine blauverstimmte Dipolfalle durchgeführt. Hier wurde sich zunachst für die experimentelle Realisierung der ersten, einfacheren Variante entschieden. Die für den Verschiebevorgang notwendige relative Verstimmung der Stehwellenstrahlen wurde mit Hilfe von akusto-optischen Modulatoren realisiert, deren Ansteuerung rein elektronisch erfolgt. Im Vergleich zu mechanischen Aufbauten können sowohl eine bessere Stabilitat als auch vielfach höhere Verschiebegeschwindigkeiten erreicht werden. Als Quelle kalter Atome dient eine magneto-optische Falle, die in einem verbesserten Aufbau realisiert wurde. Die Verwendung einer Glaszelle anstelle eines geschlossenen Vakuumtopfes gestattet im Vergleich zum Vorgängerexperiment größere experimentelle Freiheiten. Durch die Möglichkeit, den Dipolfallenlaser nun senkrecht zur Beobachtungsrichtung einzustrahlen, konnte der Streulichtuntergrund drastisch reduziert werden.
  • T. Junglen
    Optisches Pumpen am Indium-Atom mit einem frequenzverdoppelten Pulslaser, (2000), DiplomarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Konzept für die transversale Kühlung eines thermischen Indium-Atomstrahles zur späteren Verwendung in einem Atomlithographie-Experiment erarbeitet. Die mit Hilfe einer Simulation ermittelten transversalen Geschwindigkeitsverteilungen der Atome vor und hinter der Kühlstrecke belegen, daß eine transversale Kühlung erreicht werden kann. Des weiteren wurde eine Frequenzverdopplung für einen Titan-Saphir Pulslaser zur Spektroskopie am Indium aufgebaut. Bei der Frequenzverdopplung handelt es sich um eine Single-Pass-Frequenzverdopplung in einem temperaturangepaßten Kaliumniobatkristall. Zur Erhöhung der Verdopplungseffizienz wurde der Laser in den Kristall fokussiert. Hierzu wurden die optimalen Fokussierungsbedingungen ermittelt und realisiert. Mit diesem Aufbau sind Ausgangsleistungen in der zweiten Harmonischen von P = 15 mW erreichbar, die zur Spektroskopie am Indium bzw. für spätere Lichtkraftanwendungen zur Verfügung stehen. Zur Abstimmung der Laserquelle auf den atomaren Übergang wurde eine Hohlkathodenlampe verwendet. Der spektroskopische Nachweis bestand darin, optisches Pumpen am Indium-Atom nachzuweisen. Die erzielten Ergebnisse deuten jedoch leider darauf hin, daß die Leistung der Laserquelle für das geplante Vorhaben nicht ausreicht. Einer der Gründe ist sicherlich die wider erwarten gering ausgefallene Effizienz der Frequenzverdopplung. Ein weiteres Problem in diesem Zusammenhang besteht darin, daß wegen der großen spektralen Breite der Pulse zu wenig Energie auf die einzelnen Linien zugeteilt wird.

1999

  • D. Frese
    Einzelne Atome in einer optischen Dipolfalle, (1999), DiplomarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    In dieser Arbeit wurde die Verwirklichung einer Dipolfalle für wenige und einzelne Atome vorgestellt. Die gezielte Präparation von kleinen atomaren Ensembles oder einzelnen Teilchen stellt eine kritische Anforderung auf dem Weg zur Erzeugung von verschränkten Zuständen dar, und die aufgebaute Dipolfalle ist der erste Schritt dahin. Von den vorgestellten Messergebnissen sind die langen Speicherzeiten besonders hervorzuheben. Es wurde gezeigt, daß die erreichbaren mittleren Speicherzeiten der einzelnen Atome nur vom Hintergrundgasdruck abhängen und somit sehr lange Speicherzeiten um die 50 s erreichbar sind. Darüber hinaus wird man durch die 100% Effizienz beim Umladen von der MOT in die Dipolfalle sowie die zweifelsfreie Bestimmung der Atomanzahl in der MOT in die Lage versetzt, die Dipolfalle deterministisch mit einer beliebigen Anzahl von Atomen zu laden. Zusammen mit den Ergebnissen der zustandsselektiven Spektroskopie verfügt man nun über eine Apparatur, die eine gewünschte Anzahl von Atomen in einen bestimmten Hyperfeinzustand präparieren kann. Insbesondere ist die Relaxationszeit für die Verteilung der Hyperfeinzustände signifikant größer als die Anregungszeit durch den VAG-Laser, in Übereinstimmung mit der Theorie.
  • M. Mützel
    Atomlithographie mit einer gepulsten optischen Stehwelle, (1999), DiplomarbeitBibTeX
  • D. Gläßner
    Diodenlaser-Spektroskopie am Indium-Atom, (1999), StaatsexamensarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    Im Rahmen dieser Arbeit wurden zuerst die für die Spektroskopie relevanten Charakteristika des blauen Diodenlasers untersucht und dargestellt. Von ganz besonderem Interesse war hierbei die spektrale Linienbreite des Lasers, da sie für die Spektroskopie einen limitierenden Faktor darstellen kann. Die Laserlinienbreite wurde an Hand eines Schwebungssignals zwischen dem Licht des blauen Diodenlasers und dem des ebenfalls auf die gleiche Frequenz abgestimmten frequenzverdoppelten Lasers untersucht. Diese Messungen ergaben eine obere Schranke für die Laserlinienbreite von 10 MHz. Als nächstes wurde die Absorptionsspektroskopie von Indium an der Hohlkathode vorgestellt. Mit Hilfe dieser Spektroskopie wurde der Diodenlaser auf den für die Atomlithographie ersten relevanten Übergang abgestimmt. Später wurde eine Frequenzstabilisierung des Diodenlasers auf die Hohlkathode durchgeführt. Ein Fluoreszenzspektrum wurde mit dopplerfreier Spektroskopie am Indium-Atomstrahl aufgenommen. Hier wurde die Linienbreite in Abhängigkeit von der eingestrahlten Laserintensität untersucht. Die Linienbreite ist bei kleinen Intensitäten zusätzlich zur natürlichen Linienbreite des Übergangs durch die spektrale Linienbreite des Lasers begrenzt. Die spektrale Laserlinienbreite wurde hierbei auf ebenfalls 10 MHz bestimmt. Mit Hilfe eines Interferenzfilters konnte außerdem das für die Atomlithographie wichtige optische Pumpen nachgewiesen werden.
  • S. Kuhr
    Kalte Stöße mit einzelnen Atomen, (1999), DiplomarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Einblick in die Stoßprozesse zwischen einzelnen Cäsium-Atomen gewonnen. Unsere Ergebnisse unterscheiden sich signifikant von denen anderer Experimente, die an Standard-MOTs mit vielen Atomen durchgeführt wurden. Die Beobachtung nur weniger Atome sowie die geringe Potentialtiefe der MOT haben es ermöglicht, völlig neuartige Effekte zu studieren. Die gemessene Abhängigkeit der Verlustraten wird mit Hilfe eines semiklassischen Modells zufriedenstellend gedeutet. Aus den Meßdaten kann außerdem der experimentell nur schwer zugängliche Verlustkoeffizient für Grundzustandsstöße ermittelt werden. Die Ergebnisse dieses Experiments sind hierbei um eine Größenordnung genauer als bisherige Messungen. Ein hervorzuhebendes Ergebnis ist die gemessene Abnahme der Verlustraten bei zunehmender Leistung des Rückpumplasers. Sorgfältige Berechnungen legen die Interpretation nahe, daß der Rückpumplaser eine Unterdrückung der Grundzustandsstöße durch Optical Shielding bewirkt. Es handelt sich also um einen MOT-intrinsischen Effekt, der in anderen Experimenten bisher nicht erkannt wurde. Eine Besonderheit unserer Messungen ist der Nachweis von Stoßprozessen zwischen zwei Atomen, bei denen nur ein Atom die Falle verläßt. Dies widerspricht der vorher angenommenen Symmetrie des Stoßprozesses und des Fallenpotentials. Zur Erklärung wurden verschiedene Ansätze diskutiert. Am plausibelsten erweist sich eine Interpretation, daß es sich um strahlungsumverteilende Prozesse handelt. Aufgrund der räumlichen Anisotropie des Fallenpotentials ist es dabei möglich, daß ein Atom die Falle verläßt, wogegen das andere wieder eingefangen wird.
  • M. Neufert
    Eine Rb-Atomquelle für BEC-Experimente, (1999), StaatsexamensarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    Bisher sind vier komplette Lasersysteme mit den dazu gehörenden Spektroskopien und der Regelelektronik aufgebaut worden. Alle vier Laser erreichen den Kühlübergang, zwei davon zusätzlich den Rückpumpübergang. Jeder Laser ist bereits im Lock-Betrieb gewesen. Es ist stets eine optische Leistung von 25 - 30mW beim Kühlübergang zu erreichen, beim Rückpumpübergang mit etwa 15mW deutlich weniger. Für den Rückpumplaser wird jedoch auch weniger Leistung benötigt. Es wurde gezeigt, dass die zur Verfügung stehenden Lasersysteme ausreichend dimensioniert sind. Sie werden bezüglich ihrer Leistung und ihrer Frequenzstabilität alle an sie gestellten Anforderungen erfüllen.

1998

  • C. Kurz
    Aufbau und Charakterisierung eines laserkollimierten Cs-Atomstrahls, (1998), DiplomarbeitBibTeX
  • C. Affolderbach
    Dunkelresonanz-Spektroskopie mit vertikal emittierenden Diodenlasern, (1998), DiplomarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Eignung von vertikal emittierenden Diodenlasern für die Spektroskopie kohärenter Dunkelzustände in Cäsium untersucht. Hierzu wurde unter Verwendung eines VCSEL-Prototypen ein experimenteller Aufbau realisiert, in dem die beiden zur Anregung der Dunkelresonanzen benötigten Lichtfelder durch direkte Modulation des Injektionsstroms erzeugt werden. Mit dem strommodulierten VCSEL wurden erfolgreich Dunkelresonanzen in thermischem Cäsiumdampf nachgewiesen. Der Einfluß der optischen Verstimmung der anregenden Lichtfelder auf die Dunkelresonanzen wurde experimentell untersucht, wobei eine von Betrag und Vorzeichen der optischen Verstimmung abhängige Asymmetrie der Linienformen gefunden wurde. Eine durch den dynamischen Stark-Effekt verursachte Verschiebung der Linienposition der Dunkelresonanzen in Abhängigkeit von der optischen Verstimmung und der Lichtintensität konnte ebenfalls experimentell nachgewiesen werden. Durch die Verwendung eines strommodulierten VCSELs kann der experimentelle Aufbau gegenüber der bislang eingesetzten phasenstabilen Kopplung zweier gitterstabilisierter kantenemittierender Diodenlaser erheblich vereinfacht werden. Der Platzbedarf der optischen Komponenten verringert sich bei Verwendung eines VCSEL um etwa einen Faktor 10 auf lediglich 600 cm^2.
  • P. Schuh
    Reflexive Atomoptik mit permanentmagnetischen Strukturen, (1998), DiplomarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    Im Rahmen dieser Arbeit werden reflexive magnetische Komponenten für die Atomoptik untersucht. Die Verwendung von Selten-Erd-Permanentmagneten zur Realisierung magnetischer Spiegel erlaubt einen modularen und kompakten Aufbau verschiedenster Magnetfeldkonfigurationen bei nahezu wartungsfreiem Betrieb. Zur systematischen Untersuchung reflektiver Eigenschaften und einer detaillierten Charakterisierung der Abbildungseigenschaften wurde eine monochromatische und gut kollimierte Strahlquelle langsamer Cs-Atome aufgebaut. Durch Einsatz der Zeeman-Technik können longitudinale Geschwindigkeitsbreiten von \Delta v = 1 m/s erreicht und Endgeschwindigkeiten zwischen v = 30 m/s und 120 m/s eingestellt werden. Mit einer zweistufigen optischen Kollimation wird eine Strahldivergenz von weniger als 1 mrad bei einem atomaren Fluß von 5x10^10 Atome/s erzielt. An Spiegelanordnungen aus Sm-Co-Quadern konnte bei streifendem Einfall der Atome das Reflexionsgesetz verifiziert und die spiegelbildliche Abbildung eines Gitternetzes demonstriert werden. Die Höhe des magnetischen Potentials erlaubt die Reflexion von Einfallsenergien bis zu E = 51,9 µeV. Ein alternativer Ansatz besteht in der Ausnutzung der natürlichen Domänenstruktur magnetisch anisotroper Materialien. In dieser Arbeit konnte in ersten Experimenten eine gerichtete Reflexion an einer unmagnetisierten polierten Nd-Fe-B-Oberfläche beobachtet werden.
  • U. Reiter
    Polarisationsempfindliche Photonenkorrelationen an einzelnen Atomen in einer zeitphasenstabilen MOT, (1998), DiplomarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    In dieser Arbeit wurden erste Photonen-Korrelations-Experimente an einem einzigen gespeicherten Atom in einer zeitphasenstabilen MOT vorgestellt. Die Lichtfeldkonfiguration war im Gegensatz zu früheren Experimenten stabil und bekannt. Die für die Aufnahme der Photonenkorrelationen notwendigen APDs wurden speziell für diesen Zweck optimiert und charakterisiert. Das von dem Atom abgestrahlte Fluoreszenzlicht wurde polarisationssensitiv detektiert, wodurch mit Kreuzkorrelationen zwischen orthogonalen Polarisationszuständen Rückschlüsse auf die Wechselwirkung des Atoms mit dem Lichtfeld gezogen werden konnten. Anhand mehrerer systematischer Messungen für verschiedene Verstimmungen und Intensitäten wurden die sich aus der aKreuzkorrelation ergebenden Zeitkonstanten untersucht. Das Verhalten dieser Zeitkonstante mit sich ändernder Lichtverschiebung entspricht qualitativ den Erwartungen, die man aus einer als diffusiv angenommenen atomaren Bewegung erhält. Denn die Lichtverschiebung U_0 stellt ein Maß für die atomare Temperatur dar. Mit steigender Temperatur, was einer steigenden mittleren kinetischen Energie des Atoms entspricht, verkürzt sich diese Zeitkonstante, da die Änderung des lokalen Lichtfeldes im Bezugssystem des Atoms proportional zur atomaren Geschwindigkeit ist.
  • S. Knappe
    Polarisationssensitive Photonenkorrelation am einzelnen Atom, (1998), DiplomarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    Korrelationsfunktionen Messungen Zirkulare Polarisationen Lineare Polarisationen Schwankungen der Polarisationen der Lichtfelder Normierungen Diskussion und mögliche Ansätze zur Interpretation Räumliche Orientierung des Atoms Lichtfeldkonfigurationen der MOT Ein klassisches Zwei-Niveau-Atom Ein "echtes Zwei-Niveau-Atom" Ein einfaches Mehrniveau-Atom Atome mit höheren Drehimpulsen Oszillationsmodell Ergebnisse für Cäsium

1997

  • M. Kreis
    Lithographie mit Cäsiumatomen, (1997), DiplomarbeitBibTeX
  • U. Rasbach
    Verfeinerung der Spektroskopiemethoden zur Untersuchung Cs_2: I. IR-UV-Doppelresonanzexperimente II. Überschallmolekularstrahlexperimente, (1997), DiplomarbeitBibTeX
  • A. Rauschenbeutel
    Ein neuartiges Konzept zur Kontrolle der relativen Zeitphasen in lichtgebundenen Atomgittern, (1997), DiplomarbeitBibTeX

1996

  • S. a. d. Wiesche
    Dynamik neutraler Atome in der magnetischen Quadrupolfalle, (1996), DiplomarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    Es wird die Dynamik neutraler Atome in der magnetischen Quadrupolfalle untersucht. Nach einer Diskussion der adiabatischen Näherung wird ein effektiv zweidimensionales HAMILTONSches System als klassisches nichtlineares Modell im Hinblick auf die Regularität der Trajektorien einzelner gefangener Atome untersucht. Es zeigt sich, daß fur niedrige Energien ein integrabier Ausdruck der Bewegungsformen herleitbar wird, der als Ansatzpunkt fur eine störungstheoretische Abschätzung verwendet werden kann. Die gefundenen analytischen Ergebnisse werden mit umfangreichen numerischen Rechnungen verglichen, die von der Methode der POINCAREschnitte Gebrauch machen. Eine Quantisierung der klassischen integrabien Dynamik gestattet näherungsweise eine Bestimmung der zu erwartenden Energieniveaus fur ultrakalte Ensembles sowie die Herleitung der kanonischen Verteilungsfunktionen. Im Hinblick auf vorhergehende wie auch auf geplante Experimente der Arbeitsgruppe kann der Einfluß nichtadiabatischer Übergänge als ein die Speicherzeit limitierender Faktor diskutiert werden. Desweiteren wird auf mögliche Kühlmechanismen eingegangen.

1995

  • W. Trappe
    Ein stabiler Resonator für eine Diodenlaserstabilisierung, (1995), DiplomarbeitBibTeXPDF
    ABSTRACT »
    In dieser Arbeit ist ein Diodenlaser aufgebaut worden, welcher bei einer Wellenlänge von etwa 850 nm läuft; diese wird auch für andere Experimente der Arbeitsgruppe benötigt. Der Laser ist über optische Rückkopplung (optical selfinjection locking) mittels eines Fabry-Perot-Resonators vorstabilisiert und in seiner spektralen Breite verringert worden. Für eine Stabilisierung nach dem Heterodyn-Seitenband-Verfahren stand ein hochstabiler passiver ULE-Resonator mit einem nichtentarteten Modenspektrum zur Verfügung. Dieser wurde vermessen und charakterisiert, dabei wurde die Finesse des Resonators für den TEMoo-Mode zu F = 7*10^4 bestimmt. Um den Resonator vor Erschütterungen und akustischen Störung zu schützen, wurde eine 2-stufige Federaufhängung in einer UHV-Vakuumkammer konzipiert und aufgebaut, welche Eigenfrequenzen zwischen 1 und 2,5 Hz aufweist.