Eine vakuumultraviolette Laserquelle zur Rydberganregung von Calciumionen
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In dieser Arbeit werden die Ergebnisse zur Rydberganregung von gefangenen Calciumionen vorgestellt. Im Rahmen der Promotion gelang der erstmalige Nachweis einer Anregung eines in einer Paulfalle gefangenen und lasergekühlten Calciumions in einen Rydbergzustand. Dieser Übergang wird durch einen optischen Einphotonenprozess erreicht, der mit einem kohärenten Lichtfeld im vakuumultravioletten Wellenlängenbereich getrieben wird. Auf diese Weise wurden drei Rydbergresonanzen bei Anregungswellenlängen von 122,041913(5) nm, 122,032384(10) nm und 122,04050(5) nm gemessen, die mit den Zustanden 51F, 52F und 64F identifiziert werden konnten. Des Weiteren werden die Ergebnisse zu Experimenten mit doppelt ionisierten Calciumionen präsentiert. Dabei konnte erstmalig eine Wechselwirkung zwischen gefangenen und lasergekühlten Calciumionen und vakuumultravioletter Strahlung nachgewiesen werden. Unter der Verwendung von Licht bei einer Wellenlänge von 121,3 nm werden Ca2+-Ionen erzeugt, die mit den übrigen Ca+-Ionen aufgrund des sympathischen Kühleffekts einen stabilen heterogenen Kristall ausbilden. An solchen Ionenkristallen konnten die Modenstruktur untersucht, strukturelle Phasenübergange beobachtet und lokale Moden erzeugt werden. Es werden Weiterentwicklungen der Lasersysteme zur Erzeugung vakuumultravioletter Strahlung bei 122 nm durch Vierwellenmischen in Quecksilberdampf vorgestellt, die für erzielten Ergebnisse essentiell sind. Ein Lasersystem mit einer optischen Leistung von über einem Watt bei einer Wellenlange von 555 nm wurde aufgebaut. Durch Verwendung eines periodisch gepolten Kristalls zur Frequenzverdopplung ist eine hohe Leistungsstabilität und eine kontinuierliche Frequenzverstimmbarkeit des Systems gewährleistet, was Voraussetzung für die Messung der Rydbergresonanzen ist. Darüber hinaus wurde eine Frequenzverdopplung im Zweifachdurchgang durch einen periodisch gepolten Kristall aufgebaut. Damit konnte eine optische Leistung von 12,8 W bei einer Wellenlänge von 545 nm erzielt werden. Die erreichte Konversionseffizienz von 60 % stellt den höchsten Wert für periodisch gepolte Kristalle in dieser Leistungsklasse dar. Dieses Schema kann in Zukunft auf die Frequenzverdopplungen zur Erzeugung der fundamentalen Felder angewendet werden.
Durch eine verbesserte Fokussierung und Ausrichtung der Fundamentalstrahlen in
der Quecksilberdampfzelle wurde die Effizienz des Vierwellenmischprozesses erhoht. Es konnte eine optische Leistung der vakuumultravioletten Strahlung von 60 μW erzielt werden, was eine Steigerung um einen Faktor zehn verglichen zu früher erzielten Ergebnissen darstellt.