Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-3856
Authors: Bachor, Patrick
Title: Erzeugung vakuumultravioletter Strahlung für die Rydberganregung von Calciumionen
Online publication date: 17-Dec-2018
Year of first publication: 2018
Language: german
Abstract: In the context of this dissertation, Rydberg exciation (n > 50) of 40Ca+-ions were detected for the first time. For the excitation of the calcium ion with one photon starting from a 3D metastable state, a coherent light field with a wavelength in the vacuum-ultraviolet spectrum (122nm - 123 nm) is needed. The main part of my work was the improvement of the VUV-lightsource, which generates the required high energy photons. This VUV-lightsource is composed of three individual laser systems. One improvement was the implementation of an active frequency stabilization in each of these laser systems. Furthermore, the power of the generated VUV-light could be enhanced. In addition, a new lasersystem with an emission wavelength of 580nm was developed and implemented in the VUV-laser system. Thus, the generation of coherent light with a wavelength near 123nm is now feasible. As an improvement in the VUV-beam shaping, a new telescope was implemented in the setup. Thus, a smaller focal size (~10 micrometer) of the VUV-beam at the position of the ion is achieved. This leads to more accurate beam adjustment. During the time of my dissertation, three different traps were used for the execution of the experiment. In this thesis, the first measurement of Rydberg excitation performed in the latest trap has also been shown. By comparing this measurement with the previous measurements, we get a factor of 75 higher excitation rate. We conclude that the improvement of the VUV-laser system was successful. As result of this thesis, we could establish Rydberg excitation to the 22F,52F, 53F and 66F states. The wavelengths of these transitions are (3D(5/2) -> 22F) : 123.256119(5) nm, (3D(3/2) -> 52F) : 122.041913(5) nm, (3D(3/2) -> 53F) :122.032384(10)nm and (3D(5/2) -> 66F) : 122.04050(5) nm. Also, we investigated the interaction of the Rydberg ion with the trapping field and we implemented more complex techniques like Rydberg excitation of an single ion out of an ion string.
Im Rahmen der vorliegenden Dissertation gelang es erstmalig ein gespeichertes 40Ca+-Ion in einen Rydberg-Zustand (n > 50) anzuregen. Um diesen Übergang mit einem Photon aus einem der metastabilen 3D-Zustände des Calcium treiben zu können, wird ein kohärentes Lichtfeld mit einer Wellenlänge aus dem ultravioletten-Spektrum (122nm - 123 nm) benötigt. Ein Hauptteil dieser Arbeit befasst sich mit der Verbesserung des VUV-Lasersystems zur Erzeugung eben dieser kurzwelligen Strahlung. So wurde für die drei fundamentalen Lichtfelder, aus denen sich das VUV-Lasersystem zusammensetzt, eine aktive Frequenzstabilisierung implementiert. Außerdem konnte die VUV-Leistung zu vorherigen experimentellen Ergebnissen deutlich gesteigert werden. Es wurde zudem ein neues Lasersystem mit einer Emissionswellenlänge um 580nm entwickelt und in das VUV-Lasersystem integriert. Somit ist es nun möglich, auch kohärente Lichtfelder bei einer Wellenlänge um 123nm zu erzeugen. Um überdies die VUV-Strahlformung zu verbessern, wurde ein neues Teleskop entwickelt. So ist es nun zum Einen möglich, den VUV-Fokus am Ort der Ionen auf ~10 mikrometer zu verringern und damit eine deutlich höhere Anregungsrate zu erreichen. Zum Anderen wurde das Überlagern des VUV-Strahls mit den gefangenen Ionen verbessert. In der Zeit der Dissertation wurden drei verschiedene Paul-Fallen für den Einschluss der 40Ca+-Ionen verwendet. In dieser Arbeit wird die erste in der dritten Falle detektierte Rydberganregung gezeigt. Die erfolgreiche Verbesserung am VUV-Lasersystem wird bei dieser Rydberganregung durch die um einen Faktor 75 höhere Anregungsrate deutlich. Als Ergebnis dieser Arbeit konnten die Rydberg-Resonanzen 22F, 52F, 53F und 66F nachgewiesen werden. Die Anregungswellenlängen dieser Resonanzen wurden zu (3D(5/2) -> 22F) : 123,256119(5) nm, (3D(3/2) -> 52F) : 122,041913(5) nm, (3D(3/2) -> 53F) : 122,032384(10)nm und (3D(5/2) -> 66F) : 122,04050(5)nm bestimmt. Darüber hinaus wurde die Auswirkung des elektrischen Fallenfeldes auf die Rydberg-Ionen untersucht und es konnten komplexere Techniken wie die Anregung einzelner Ionen aus einer Ionenkette realisiert werden.
DDC: 530 Physik
530 Physics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-3856
URN: urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000024804
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: xi, 179, 3 Blätter
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