08 Fakultät Mathematik und Physik

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Institute: search.filters.UBSInstitut.5. Physikalisches InstitutAuthor: search.filters.author.Kübler, Harald

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    Kohärente Rydberg-Spektroskopie in einer Rubidium Mikrozelle
    (2012) Kübler, Harald; Pfau, Tilman (Prof. Dr.)
    Diese Arbeit befasst sich mit den Wechselwirkungen der Rydbergatome mit den Glasoberflächen. Sind diese zu stark zerfallen die Rydbergatome oder die Kohärenzen zu schnell und damit sind auch die gespeicherten Informationen verloren. Zur spektroskopischen Untersuchung der Atome wurde in dieser Arbeit eine Glaszelle entwickelt und mit Rubidium befüllt. Es wurde eine Referenzspektroskopie für die Zweiphotonenanregung in den Rydbergzustand entwickelt, aufgebaut und charakterisiert. Die Rydbergatome in der Glaszelle wurden mit einer EIT-Spektroskopie untersucht [MJA07]. Während die meisten Zustände starke Wechselwirkungen mit der Wand zeigen, wurde in dieser Arbeit ein Zustand identifiziert, der bis zu Atom-Wandabständen unter einem Mikrometer nur sehr geringe Wechselwirkungseffekte zeigt. In Kapitel 2 werden die grundlegenden Eigenschaften von Rydbergatomen vorgestellt. Ausgehend vom einfachsten Fall des Wasserstoffatoms wird auf die energetische Lage der Rydbergzustände bei Rubidium und Cäsium eingegangen und die Quantendefekttheorie vorgestellt. Abschließend wird das Verhalten in elektrischen Feldern (Stark Effekt) beschrieben. Kapitel 3 liefert die theoretischen Grundlagen für die EIT-Spektroskopie. Zuerst wird anhand eines Zweiniveausystems mittels Dichtematrixformalismus die Absorption von Licht beschrieben. Es wird auf Verbreiterungen in thermischen Atomen eingegangen und das System dann durch ein drittes Niveau und einen zweiten Laser (Coupling-Laser) erweitert. Hier spielt es für die Absorptionsspektren nun eine Rolle, welcher der beiden Laser gescannt wird. Beachtet man noch den Doppler-Effekt in thermischen Atomen, so erhält man sogar unterschiedliche Spektren für unterschiedliche Verhältnisse der Laserwellenlängen der beiden Laser. In Kapitel 4 werden die Wechselwirkungen zwischen einem Atom und einer sich in der Nähe befindenden Wand beschrieben. Kapitel 5 beschreibt die allgemeinen Teile des Aufbaus. In Kapitel 6 wird auf die Frequenzreferenz für die Zweiphotonenanregung eingegangen. Nach der Beschreibung des Aufbaus werden die Auswirkungen des Dopplereffekts beschrieben. Die Zuverlässigkeit der Referenz wird daraufhin bei der Verwendung als Stabilisierung experimentell überprüft. Bei den folgenden Simulationen für die Scanreferenz werden zwei Fälle für verschiedene Wellenlängenverhältnisse der beteiligten Laser unterschieden. Eine Kombination entspricht einem möglichen Anregungsweg in Rubidium, die andere mit umgekehrtem Wellenlängenverhältnis einem in Cäsium. Anschließend wird die Übereinstimmung mit einem gemessenen Referenzspektrum gezeigt. Kapitel 7 beinhaltet den Aufbau für die Mikrozellen und die daran durchgeführten Messungen. Neben einer Abschätzung der zu erwartenden Linienbreiten ohne die Wandwechselwirkung werden Vergleichsmessungen zwischen verschiedenen Rydbergzuständen gezeigt. Es wird versucht, diese Spektren durch elektrische Felder und Polaritonen (Anregungen in den Wänden) zu erklären. In Kapitel 8 werden die Beobachtungen nochmals zusammengefasst, interpretiert und ein Ausblick auf weitere mögliche Schritte gegeben.
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    ItemOpen Access
    Coherent interaction of atoms with a beam of light confined in a light cage
    (2021) Davidson-Marquis, Flavie; Gargiulo, Julian; Gómez-López, Esteban; Jang, Bumjoon; Kroh, Tim; Müller, Chris; Ziegler, Mario; Maier, Stefan A.; Kübler, Harald; Schmidt, Markus A.; Benson, Oliver
    Controlling coherent interaction between optical fields and quantum systems in scalable, integrated platforms is essential for quantum technologies. Miniaturised, warm alkali-vapour cells integrated with on-chip photonic devices represent an attractive system, in particular for delay or storage of a single-photon quantum state. Hollow-core fibres or planar waveguides are widely used to confine light over long distances enhancing light-matter interaction in atomic-vapour cells. However, they suffer from inefficient filling times, enhanced dephasing for atoms near the surfaces, and limited light-matter overlap. We report here on the observation of modified electromagnetically induced transparency for a non-diffractive beam of light in an on-chip, laterally-accessible hollow-core light cage. Atomic layer deposition of an alumina nanofilm onto the light-cage structure was utilised to precisely tune the high-transmission spectral region of the light-cage mode to the operation wavelength of the atomic transition, while additionally protecting the polymer against the corrosive alkali vapour. The experiments show strong, coherent light-matter coupling over lengths substantially exceeding the Rayleigh range. Additionally, the stable non-degrading performance and extreme versatility of the light cage provide an excellent basis for a manifold of quantum-storage and quantum-nonlinear applications, highlighting it as a compelling candidate for all-on-chip, integrable, low-cost, vapour-based photon delay.