Description
Das Ziel dieser Arbeit war es 40Ca+-Ionen an einen optischen Resonator zu koppeln, um auf diese Weise Resonator-QED-Experimente, mit einer konstanten und
deterministischen Kopplung durchzuf¨uhren. Als wichtigstes Ergebnis ist es erstmals gelungen, im kontinuierlichen Betrieb kontrollierte Lichtpulse zu erzeugen, die genau ein Photon enthalten.
Zun¨achst war es unerl¨asslich, ein bestehendes Experiment weiter zu entwickeln,
so wie wichtige Eigenschaften des 40Ca+-Ions zu vermessen. Dazu wurde die bisherige Falle durch eine verbesserte Ionenfalle ersetzt. Diese wurde charakterisiert, wobei insbesondere eine verbesserte Mikrobewegungskompensation nachgewiesen wurde.
Zur Durchf¨uhrung der hier vorgestellten Experimente, wurde das bestehende Lasersystem weiterentwickelt und ein zus¨atzliches System aufgebaut. Zudem wurde
der optische Resonator und dessen Stabilisierung den Anforderungen der
Resonator-QED-Experimente angepasst.
Um Aufladungen dielektrischer Materialien in der Fallenumgebung zu vermeiden,
wurde die Photoionisation von Kalziumatomen implementiert und die Abh¨angigkeit
der Ladeezienz von den Laserparametern bestimmt. Da aufgrund der reichhaltigen
Niveaustruktur von 40Ca+-Ionen eine Vielzahl von Eekten auftreten,
wurden die spektroskopischen Eigenschaften von 40Ca+-Ionen detailiert vermessen.
Dazu geh¨ort neben den Anregungsspektren die Messung der Lebensdauer des
D5/2 -Niveaus und die genaue Untersuchung des Hanle-Eekts zur Magnetfeld-
Kompensation. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zudem die g(2)-Funktion der
Fluoreszenz des Ions studiert. Auch die Ergebnisse dieser Messung spiegeln die
komplexe Niveau-Struktur des Ions wieder. Da die Lokalisierung der Ionen in der Falle von großer Bedeutung ist und diese nur durch Laserk¨uhlung der Ionen in der Falle optimiert werden kann, wurde das Verhalten von 40Ca+-Ionen bei Dopplerk¨uhlung genauer untersucht. Neben dem K¨uhlen der Ionen ist auch die Mikrobewegung des Ions in der Falle f¨ur dessen Lokalisierung von essenziellem Interesse. Kombiniert man einen optischen Resonator mit einer Ionenfalle, so treten aufgrund der Verzerrung des Fallenfeldes Wechselwirkungen zwischen den Spiegeln und den Ionen auf, die zu Mikrobewegung f¨uhren. Dieser Eekt wurde vermessen und mit Simulationen des Fallenfeldes
verglichen.
Um die relative Lage des Ions zur Resonatormode zu bestimmen, wurde ein einzelnes 40Ca+-Ion als nanometrische Probe f¨ur das Resonatorfeld verwendet. Die bisher vorliegenden Daten dieses Experiments wurden im Rahmen dieser Arbeit
erweitert und Eekte der Anregung auf die gemessene Fluoreszenzverteilung untersucht.
Die genannten Messungen und Entwicklungen erm¨oglichten es letztendlich,
Resonator-QED-Eekte nachzuweisen. In dieser Arbeit wurde die stimulierte
Emission mehrerer und eines einzelnen Ions in die Resonatormode beobachtet.
Desweiteren konnte der Einfluss des Resonators auf die Lebensdauer des P1/2 -
Niveau demonstriert werden.
Auf der mit diesem Experiment geschaenen Basis ist es gelungen, eine besonders
interessante Vorhersage der Resonator-QED zu realisieren, die kontrollierte
Erzeugung einzelner Photonen im Dauerbetrieb. Dabei konnte eine Einzel-
Photonenemissions-Wahrscheinlichkeit pro Pumppuls von 8 % erreicht werden.
Diese neuartige Lichtquelle wurde im Rahmen dieser Arbeit sowohl theoretisch
als auch experimentell intensiv untersucht. Die statistischen Eigenschaften der
emittierten Photonen wurden gemessen, und die Erzeugung verschiedener zeitlicher
Pulsprofile konnte demonstriert werden.
Die moderne Astrophysik steht vor der Herausforderung, neueste
Beobachtungen mit den theoretischen und numerischen Modellen der
Galaxienentstehung und -entwicklung zu konfrontieren. So hofft man, die
wichtigsten physikalischen Prozesse und ihre Zeitskalen identifizieren zu
koennen.
In dieser...
Published 09/10/04
This work presents the results of a detailed study of the statistical and physical properties of binary ultracool dwarfs and brown dwarfs (spectral type later than M7).
As for the statistical properties, we found that the frequency of binaries among ultracool objects is significantly lower than...
Published 09/04/04