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Quantum technologies

Dieter Meschede's research group
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Bachelor's theses (module phys590)

The bachelor project is described formally in the "Modulhandbuch M.Sc. in Physik". The bachelor thesis can be started after having completed the fifth term and reaching 90cps.

The topics are defined together with the candidate. In the following you can find some examples.

The duration of the bachelor thesis should not exceed 10 weeks. The length of a typical bachelor thesis is 5-20 pages.

Those who are interested to join our group, please contact:

Quadratur-Interferometer für die Stabilisierung eines optischen Gitters (03/09/12)

Wir haben kürzlich ...

Image: ...
Umfang: 2 Wochen Einarbeitung, 5-6 Wochen experimentelle Arbeit im Labor, 2-3 Wochen Zusammenschreiben.
Betreung: Andrea Alberti und Wolfgang Alt zusammen mit Doktoranden der Gruppe Meschede
Literature:
[1] I. Boventer, Characterisation of Phase Noise for the Preparation of Atoms in the Motional Ground State, (2014), Master thesis
[
2] Verfahren und Vorrichtung zur Laserfrequenzmessung und -Stabilisierung, Patent DE 19743493 C2 (2001)

Interferenzfilter-stabilisierter Diodenlaser: Charakterisierung der Frequenzstabilität (03/09/12)

Wir haben kürzlich Diodenlaser mit externem Resonator aufgebaut [1-3], dessen aktive Mode mittels eines Interferenzfilters selektiert wird. In einer ersten Messung der Frequenzstabilität mit einem Faser-Selbsthereodyn-Interferometer ergab sich eine außerordentlich geringe Linienbreite von wenigen 100 Hertz. Dieser überraschend gute Wert soll nun mit einer zweiten, zuverlässigeren Messmethode, der analyse des direkten optischen Schwebungssignals zweier unabhängiger Laser, überprüft werden. Sollte sich diese schmale Linienbreite bestätigen, wären diese Laser nicht nur für Anwendungen in unseren Experimente sehr interessant, sondern auch in laserphysikalischer Hinsicht.

Image: Delayed self-heterodyne spectrum of an interference-filter-stabilized laser (frequency span: 10 MHz). The peculiar shape of the spectrum (black) is due to the delayed self-heterodyne method, the fitted model (red) indicates a (Lorentzian) linewidth of <200 Hz.
Extent: 2 weeks training period, 5-6 weeks experiment and lab work, 2-3 weeks thesis writing. After 4 weeks: Progress report and discussion with mentor.
Mentoring: Laboratories of research group Meschede

Aufbau und aktive Frequenzstabilisierung eines optischen Transfer-Resonators (03/09/12)

Für unser neues Experiment zur Cavity-Quantenelektrodynamik in einem Faser-basierten optischen Resonator benötigen wir ein System aus "Locklaser" und Transfer-Resonator, mit dessen Hilfe wir die optische Resonanzfrequenz des Faser-Resonators sehr genau stabilisieren wollen. Dazu soll der Locklaser nach dem Pound-Drever-Hall-Verfahren  auf die Transfercavity stabilisiert werden, welche wiederum mittels Pound-Drever-Hall auf einen stabilen "Masterlaser" stabilisiert wird. Die Funktionsweise ist dabei angelehnt an ein ähnliches System eines älteren Experimentes unserer Arbeitsgruppe [1].

Image: Schematic set-up of a cavity frequency-stabilized on a laser with Pound-Drever-Hall method
Extent: 2 weeks training period, 5-6 weeks experiment and lab work, 2-3 weeks thesis writing. After 4 weeks: Progress report and discussion with mentor.
Mentoring: Laboratories of research group Meschede

Mikroprozessorgesteuerte automatische Fasereinkopplung (03/09/12)

Zur automatischen Optimierung der Einkopplung eines Laserstrahls in eine optische single-mode-Glasfaser soll ein geeigneter Algorithmus auf einem Microcontroller [1] implementiert werden, der über eine Pulsweitenmodulationsschaltung preisgünstige Getriebemotoren steuert, welche den (oder die) Spiegelhalter zur Ausrichtung des Laserstrahls auf maximale Fasertransmission justieren. Damit soll für die entsprechend ausgerüsteten optischen  Aufbauten eine "Justage auf Knopfdruck" möglich gemacht und langfristig der tägliche Justageaufwand unseren komplexen Experimenten reduziert werden.

Image: Motorisierter Spiegelhalter
Extent: 2 weeks training period, 5-6 weeks experiment and lab work, 2-3 weeks thesis writing. After 4 weeks: Progress report and discussion with mentor.
Mentoring: Laboratories of research group Meschede
Literature:
[1] z.B. vom Typ mbed

Präziser und rauscharmer Magnetfeldsensor (03/09/12)

Driften und Schwankungen des Magnetfeldes verstimmen über den Zeemann-Effekt die Energieniveaux der Atome in unseren Experimenten, führen dadurch zu einer Dephasierung und letztlich zu einer unerwünschten Begrenzung der Kohärenzzeit. Um magnetische Störquellen im Labor aufzuspüren und gegebenenfalls aktiv gegenzuregeln wird ein präziser und rauscharmer Magnetfeldsensor benötigt. Hier sollen in Mikrochip-Form erhältliche Magnetfeldsensoren [1], die auf dem Riesenmagnetowiderstand (GMR-Effekt) beruhen, getestet werden und ihre Genauigleit, Stabilität, Frequenzbandbreite, ihr Rauschen und ihr Verhalten bei magnetischer Sättigung charakterisiert werden.

Image:
Extent: 2 weeks training period, 5-6 weeks experiment and lab work, 2-3 weeks thesis writing. After 4 weeks: Progress report and discussion with mentor.
Mentoring: Laboratories of research group Meschede
Literature:
[1] z.B. von Honeywell oder von Micro Magnetics

Kompakter fasergekoppelter Akusto-Optischer Modulator (03/09/12)

In unseren Experimenten werden Akusto-Optische Modulatoren (AOMs) vielfach zur schnellen und präzisen elektronisch gesteuerten Einstellung von Leistung und Frequenz von Laserstrahlen eingesetzt. Übliche AOMs benötigen zur optimalen Funktion einen Gaußschen Laserstrahl mit wohldefinierter Position und Größe der Strahltaille. Diese Strahlformung erfordert typischerweise je ein Teleskop aus 2 Linsen vor und hinter den AOM und somit einen erheblichen Justageaufwand. Hier soll nun ein kompakter Aufbau entwickelt werden, der einen Laserstrahl, der in einer polarisationserhaltenden optischen Glasfaser geführt wird, mittels einer geeigneten Auskoppellinse direkt optimal in den AOM fokussiert. Das gebeugte Licht soll möglichst effizient wieder in eine Glasfaser eingekoppelt werden. Damit soll eine weitgehende Verwendung von Glasfasern in den optischen Aufbauten unserer Experimente ermöglicht werden und so die Stabilität der Systeme verbessert werden.

Image:
Extent: 2 weeks training period, 5-6 weeks experiment and lab work, 2-3 weeks thesis writing. After 4 weeks: Progress report and discussion with mentor.
Mentoring: Laboratories of research group Meschede
Literature:
[1] eine Variante des Twyman-Green-Interferometers

Aufbau und Charakterisierung von Trapezverstärkern (03/09/12)

Trapezverstärker (tapered amplifier, TA) sind Halbleiterbauteile, die einen Laserstrahl bis auf 1 - 2 Watt Leisung verstärken können, wodurch die Begrenzung der Leistung von single-mode-Diodenlasern auf < 200 mW überwunden werden kann. Hier sollen TA-Chips verschiedener Hersteller [1,2] mit Hilfe von vorhandenen Diodenlasern "geseeded" werden und auf ihre Eingenschaften hin untersucht werden (Verstärkung, Ausgangsleistung, Gain-Sättigung, Strahlprofil, spektrale Eigenschaften, ASE).

Image:
Extent: 2 weeks training period, 5-6 weeks experiment and lab work, 2-3 weeks thesis writing. After 4 weeks: Progress report and discussion with mentor.
Mentoring: Laboratories of research group Meschede
Literature:
[1] Eagleyard Photonics
[2] m2k Laser