Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats in einer stark anisotropen Magnetfalle

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Apparatur zur Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats mit Rubidium-Atomen in einer stark anisotropen Fallengeometrie konzipiert und im Labor realisiert. Die Bose-Einstein-Kondensation von verdünnten atomaren Gasen wird durch verschiedene Einfang- und Kühlmethoden erreicht. Abweichend von bisherigen Experimenten wurden hier bei den einzelnen experimentellen Stufen zum Teil neue Wege begangen: Ausgehend von der Dampfphase bei Raumtemperatur wird ein intensiver Strahl kalter Atome mittels zweidimensionaler magnetooptischer Kühlung erzeugt. Dieser ermöglicht es, eine großvolumige magnetooptische Atomfalle mit einer hohen Atomzahl zu laden. Mit der hohen optischen Dichte geht zwar eine geringe Kühleffizienz einher, was jedoch durch einen speziellen Kühlschritt, eine verstimmte magnetooptische Fallen-Phase, behoben wird, um Temperaturen im Bereich der Polarisationsgradientenkühlung zu erreichen. Das so präparierte Atomensemble wird in einer Magnetfalle durch Verdampfungskühlung in ein Bose-Einstein-Kondensat überführt. Hierbei wirkt sich besonders die anisotrope Fallengeometrie auf die Effizienz des letzten Kühlschritts aus. Die hier realisierte Apparatur erlaubt es, in das quasi-eindimensionale Regime entarteter Quantengase mit einer gut detektierbaren Atomzahl vorzudringen. Ein analytisches Modell rundet die theoretische Beschreibung der zweidimensionalen magnetooptischen Kühlung ab. Darüberhinaus werden erste Experimente von Bose-Einstein-Kondensaten in optischen Gittern vorgestellt und der Einfluss von interatomarer Wechselwirkung aufgrund von s-Wellen-Streuung auf die Materiewellenbeugung an optischen Stehwellen diskutiert.

In this thesis I present an apparatus for the generation of a Bose-Einstein-condensate of Rubidium-atoms. The anisotropic geometry of the confining trap is especially emphasized. Bose-Einstein-condensation of dilute atomic gases is realized by different trapping and cooling techniques. The single experimental stages of this setup deviate partly from other existing apparatuses in the field: Starting from vapor at room temperature an intense beam of cold atoms is formed by pure two-dimensional magneto-optical cooling and trapping. This is utilized to load an elongated magneto-optical trap with a large atom number. Notwithstanding a limited cooling process due to the high optical density in the magneto-optical trap, temperatures in the range of 40 Microkelvin are achieved by a subsequent cooling step – a detuned magneto-optical trap. The thus prepared atomic ensemble is evaporatively cooled in a magnetic trap and transformed into a Bose-Einstein-condensate. The anisotropic trap geometry particularly effects the efficiency of the last cooling process. The apparatus presented in this thesis allows to enter the quasi-one-dimensional regime of degenerate quantum gases with a detectable atom number. An analytical model encompasses the understanding of two-dimensional magneto-optical cooling and trapping. Additionally first experiments of Bose-Einstein-condensates in optical lattices are presented. The influence of interatomic interactions on the efficiency of matter wave diffraction off a standing light wave is discussed.