ISBN 9783843935005

978-3-8439-3500-5, Reihe Physik

Hannes Maximilian Winter
Aufbau eines Systems zur Beobachtung von Superradianz auf einer Interkombinationslinie von Kalzium

135 Seiten, Dissertation Universität Hamburg (2017), Softcover, B5

Zusammenfassung / Abstract

Diese Arbeit behandelt die experimentelle Beobachtung von Superradianz auf der Spin-verbotenen Interkombinationslinie, deren natürliche Linienbreite in Kalziumatomen 374 Hz beträgt.

Superradianz ist ein kollektives Phänomen, bei dem die Emissionsrate von elektronisch angeregten Atomen abhängig von der Teilchenzahl gegenüber der Spontanzerfallsrate eines einzelnen Atoms erhöht wird. Für das Auftreten von Superradianz muss der interatomare Abstand kleiner als die Emissionswellenlänge sein. Zudem muss die beispielsweise durch den Dopplereffekt auftretende inhomogene Verbreiterung des Übergangs im Vergleich zur kollektiv erhöhten Emissionsrate klein sein.

In dieser Arbeit wird ein System vorgestellt, mit dem Kalziumatome in verschiedenen Zuständen des metastabilen Tripletts präpariert und in einem resonatorgestützten magischen optischen Gitterpotential gefangen werden können, welches die Übergangsfrequenz der Interkombinationslinie nicht beeinflusst. Durch hinreichende Gittertiefe wird das Lamb-Dicke Regime erreicht, sodass der Doppler-Effekt entlang der Gitterachse stark unterdrückt wird.

Wir präparieren Atome zunächst im untersten Triplettzustand. Dessen Langlebigkeit ermöglicht uns, die Ladephase des optischen Gitters zu optimieren. Mit einem kurzen Pumppuls werden die Atome in den Triplettzustand 3P1 überführt. Der Grundzustand bleibt weiterhin unbesetzt. Die dadurch entstehende Besetzungsinversion ist essenziell für die Ausbildung von Superradianz auf der Interkombinationslinie. Bei dem Zerfall des so präparierten Ensembles beobachten wir zwei Zeitkonstanten: Ein Anteil zerfällt spontan mit einer Zerfallszeit von 431 μs, in Übereinstimmung mit der erwarteten natürlichen Lebensdauer des 3P1-Zustandes. Ein zweiter Teil der Atome folgt einer deutlich kürzeren Zeitkonstanten von 76 μs. Diese ist ein deutliches Anzeichen für den kollektiven Zerfall der Kalziumatome beziehungsweise für Superradianz.