Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD
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10 Kapitel 2. Das Element Calcium<br />
Abbildung 2.1. Auszug aus dem Termschema von 40 Ca +<br />
trotz se<strong>in</strong>er 19 Elektronen fr theoretische Rechnungen behandelbar. Man kann daher Wellenfunktionen<br />
und somit Megren wie Lebensdauern und g-Faktoren mit moderatem Aufwand berechnen.<br />
E<strong>in</strong> Auszug aus dem Niveausystem von 40 Ca + , e<strong>in</strong>em Isotop mit Kernsp<strong>in</strong> Null, ist <strong>in</strong><br />
Abb.2.1 dargestellt. Dort s<strong>in</strong>d alle fr diese Arbeit relevanten Niveaus und bergnge gezeigt. Die<br />
angegebenen bergangswellenlngen verstehen sich fr Vakuum. Der Grundzustand ist der 4S 1/2 -<br />
Zustand. Die 4P- und 3D-Niveaus zeigen aufgrund der Sp<strong>in</strong>-Bahn-Kopplung e<strong>in</strong>e Fe<strong>in</strong>strukturaufspaltung<br />
<strong>in</strong> Dubletts. Wie fr alle Erdalkali-<strong>Ionen</strong> - auer Be + und Mg + - typisch liegen die<br />
D-Niveaus zur Hauptquantenzahl 3 zwischen den S- und P-Niveaus zur Hauptquantenzahl 4.<br />
Sie knnen nur ber elektrische Quadrupolstrahlung <strong>in</strong> den Grundzustand zerfallen. Deshalb s<strong>in</strong>d<br />
sie metastabil mit Lebensdauern um 1 Sekunde. E<strong>in</strong>e ausfhrlichere Diskussion dieser Niveaus<br />
f<strong>in</strong>det sich <strong>in</strong> Kapitel 7, wo die Messung der Lebensdauer des 3D 5/2 Niveaus vorgestellt wird.<br />
Die Lebensdauern der 4P-Niveaus liegen im Bereich von 7ns, genaue Werte f<strong>in</strong>den sich <strong>in</strong> Tabelle<br />
2.4. Sie knnen ber starke elektrische Dipolbergnge <strong>in</strong> den Grundzustand zerfallen. Diese<br />
bergnge s<strong>in</strong>d sehr gut zum Nachweis der Fluoreszenz der <strong>Ionen</strong> und zum Laserkhlen geeignet.<br />
Das <strong>in</strong>nere, lambdafmige System ist geschlossen, d.h. mit e<strong>in</strong>em Laser zum Zurckpumpen aus<br />
dem 3D 3/2 Niveau kann man kont<strong>in</strong>uierlich Fluoreszenz beobachten. E<strong>in</strong> Zerfall <strong>in</strong> den 3D-<br />
Zustand f<strong>in</strong>det aus dem 4P-Niveau mit etwa 1:15 statt. Die Verzweigungsverhltnisse sowie die<br />
Lebensdauern s<strong>in</strong>d <strong>in</strong> Tab. 2.3 und Tab. 2.4 zusammengestellt. E<strong>in</strong> technischer Vorteil des Cal-<br />
Autor<br />
4P 1/2 →4S 1/2 4P 3/2 →4S 1/2 4P 3/2 →4S 1/2<br />
4P 1/2 →3D 3/2 4P 3/2 →3D 3/2 4P 3/2 →3D 5/2<br />
Guet [95] 15,42 149,41 16,86<br />
Vaeck [189] 13,84 133,9 15,1<br />
Brage [43] 14,58 141,9 16,0<br />
Liaw [127] 14,77 144,1 16,1<br />
Liaw [127] 16,99 157,4 19,0<br />
Tabelle 2.3. Theoretische Werte fr die Verzweigungsverhltnisse der 4P-Niveaus <strong>in</strong> 40 Ca +<br />
ciums, der die groe Beliebtheit dieses Ions erklrt, besteht dar<strong>in</strong>, da alle vorkommenden bergnge<br />
mit kommerziellen Lasern realisiert werden knnen. Seit ca. 2 Jahren knnen sogar ausschlielich<br />
Diodenlaser benutzt werden - ohne da noch auf die Technik der Frequenzverdopplung zurck-