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Autor(en): Aghajani-Talesh, Anoush
Titel: Laser cooling of a magnetically guided ultra cold atom beam
Sonstige Titel: Laserkühlung eines magnetisch geführten ultrakalten Atomstrahls
Erscheinungsdatum: 2014
Dokumentart: Dissertation
URI: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-94373
http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/5144
http://dx.doi.org/10.18419/opus-5127
Zusammenfassung: This thesis examines two complimentary methods for the laser cooling of a magnetically guided ultra-cold atom beam. If combined, these methods could serve as a starting point for high-through put and possibly even continuous production of Bose-Einstein condensates. First, a mechanism is outlined to harvest ultra cold atoms from a magnetically guided atom beam into an optical dipole trap. A continuous loading scheme is described that dissipates the directed kinetic energy of a captured atom via deceleration by a magnetic potential barrier followed by optical pumping to the energetically lowest Zeeman sublevel. The application of this scheme to the transfer of ultra cold chromium atoms from a magnetically guided atom beam into a deep optical dipole trap is investigated via numerical simulations of the loading process. Based on the results of the theoretical studies the feasibility and the efficiency of our loading scheme, including the realisation of a suitable magnetic field configuration, are analysed. Second, experiments were conducted on the transverse laser cooling of a magnetically guided beam of ultra cold chromium atoms. Radial compression by a tapering of the guide is employed to adiabatically heat the beam. Inside the tapered section heat is extracted from the atom beam by a two-dimensional optical molasses perpendicular to it, resulting in a significant increase of atomic phase space density. A magnetic offset field is applied to prevent optical pumping to untrapped states. Our results demonstrate that by a suitable choice of the magnetic offset field, the cooling beam intensity and detuning, atom losses and longitudinal heating can be avoided. Final temperatures below 65 µK have been achieved, corresponding to an increase of phase space density in the guided beam by more than a factor of 30.
In dieser Dissertation werden zwei komplementäre Methoden für die Laserkühlung eines magnetisch geführten, ultrakalten Atomstrahls untersucht. Kombiniert könnten diese Methoden den Ausgangspunkt für eine, möglicherweise sogar kontinuierliche, Hochdurchsatzproduktion von Bose-Einstein-Kondensaten darstellen. Als erstes wird ein Mechanismus vorgestellt, mit dem sich ultrakalte Atome aus einem magnetisch geführten Atomstrahl in eine optische Dipolfalle umladen lassen. Es wird ein kontinuierliches Ladeschema beschrieben, das die Dissipation der gerichteten kinetischen Energie eines eingefangenen Atoms durch Abbremsung an einer magnetischen Potentialbarriere, gefolgt von optischen Umpumpen in den energetisch niedrigsten Zeeman-Zustand, ermöglicht. Die Anwendung dieses Ladeschemas auf den Transfer von ultrakalten Chromatomen aus einem magnetisch geführten Atomstrahl in eine tiefe optische Dipolfalle wird mittels numerischer Simulationen untersucht. Basierend auf den Ergebnissen der theoretischen Untersuchungen wird die Machbarkeit und die zu erwartende Effizienz des Ladeschemas, sowie die Realisierung einer geeigneten Magnetfeldkonfiguration analysiert. Als zweites wurde die transversale Laserkühlung eines magnetisch geführten ultrakalten Chromatomstrahls im Experiment untersucht. Hierfür wurde der Atomstrahl durch eine Verjüngung der magnetischen Strahlführung radial komprimiert und so adiabatisch erwärmt. Inmitten des verjüngten Strahlabschnitts wurde senkrecht zum Strahl eine zweidimensionale optische Molasse erzeugt, welche Wärme aus dem Strahl extrahierte, was zu einem signifikanten Anstieg der atomaren Phasenraumdichte führte. Durch das Anlegen eines magnetischen Offsetfeldes wird optischen Pumpen in magnetisch nicht einschließbare Zustände verhindert. Unsere Ergebnisse zeigen, das Atomverluste und eine longitudinale Aufheizung durch geeignet gewählte Werte des magnetisches Offsetfeldes, der Kühlstrahlintensität und -verstimmung verhindert werden können. Es konnten Endtemperaturen unter 65 µK erreicht werden, was einem Anstieg der Phasenraumdichte im geführten Strahl um mehr als einen Faktor 30 entspricht.
Enthalten in den Sammlungen:08 Fakultät Mathematik und Physik

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