Erzeugung eines kontinuierlichen, mit ultrakalten Atomen aus einem Magnetleiter gepumpten, Atomlasers

• Applicant: Professor Dr. Tilman Pfau
• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: from 2011 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 185042070

Eines der bisher unerreichten Anliegen der Atom-Optik ist seit der ersten erfolgreichen Bose-Einstein Kondensation die Erzeugung eines kontinuierlichen Atomlasers, welcher das Materiewellen-Analogon zum optischen cw-Laser darstellt. Neben grundsätzlichen Fragestellungen nach den Kohärenzeigenschaften und der Physik des Pumpvorgangs hätte ein Atomlaser auch Anwendungspotential, etwa in der Interferometrie und Metrologie, wobei einerseits die Heisenberg-limitierte Unschärfe von Ort und Impuls, sowie die perfekte Kontrolle über die Freiheitsgrade der Atome entscheidende Vorteile bringen würden. Allen möglichen Anwendungen ist gemein, dass heutige Experimente nur sehr geringe Flüsse liefern und so etwa in der Interferometrie die Empfindlichkeit durch niedrigen Fluss und begrenzte Messzeit eingeschränkt ist. Zusätzlich zu den „traditionellen“ Anwendungen der Alkaliatome erschließt sich mit Chrom als Repräsentant für andere seit kurzem kondensierbare Mehrelektronenatome wie Yb, Ca, Sr, Er auch Anwendungspotential in der Lithographie und der Materialbearbeitung. Bisher wurden Verfahren zur Auskopplung aus einem Kondensat, Bose-stimuliertes Pumpen, sowie die Aufrechterhaltung eines Kondensats über seine Verlust-limitierte Lebensdauer hinaus durch Nachladen demonstriert. Es existieren mehrere Vorschläge für die Realisierung kontinuierlicher Quellen ultrakalter Atome. Eine Kombination dieser Ansätze zu einem tatsächlichen cw-Atomlaser ist allerdings noch nicht gelungen, teils auch da sich einige der angewandten Techniken gegenseitig ausschließen. Im vorliegenden Projektantrag schlagen wir die Realisierung eines kontinuierlichen, gepumpten Atomlasers vor. Basierend auf der von uns entwickelten kontinuierlichen Quelle ultrakalter Atome, eines Pumpprozesses und eines optischen Auskoppelmechanismus soll ein Atomlaser aus einem quasi-kontinuierlich gepumpten Bose-Einstein Kondensat ausgekoppelt werden. Eine Erweiterung des Systems durch phasenstabile Laser für den Auskoppelprozess könnte gleichzeitiges kontinuierliches Pumpen und eine phasenkohärente cw-Auskopplung über ein Magnetfeld-intensitives Schema realisieren.

• DFG Programme: Research Grants
• Major Instrumentation: Frequenzverdoppeltes Diodenlaser/TA-System bei 460 nm
• Instrumentation Group: 5700 Festkörper-Laser
• Participating Person: Dr. Axel Griesmaier