Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD

4.2. Khlen mit Elektromagnetisch Induzierter Transparenz 31
S
P
SP b
r
PD
D
Fluoreszenz [counts/s]
70000 Dunkelresonanz
60000
50000
40000
30000
20000
10000
} P
SD
0 1000 2000 3000 4000
Laserverstimmung [MHz]
Abbildung 4.4. Dopplerverbreiterte Resonanzkurve mit Dunkelresonanz. Man sieht eine
optische Resonanz von Ca + beim Durchstimmen des Khllaser bei fester
Verstimmung des Rckpumplasers. Es wurden puffergasgekhlte Ionen verwendet,
so da die Dopplerbreite ungefhr 3GHz betrgt. Bei einer Verstimmung
von k r ∆ b = k b ∆ r beobachtet man einen Einbruch, eine sogenannte
Dunkelresonanz.
1976 erstmals von Alzetta [8] beobachtet. Man kann diese als einen 2-Photonen-Prozess verstehen,
bei dem, aufgrund der Interferenz zweier Wege in den angeregten Zustand, eine direkte
Anregung in das metastabile Niveau fhren kann. Eine detaillierte theoretische Beschreibung mit
Hilfe des Dichtematrixformalismus findet sich bei Orriols [147]. Eine Betrachtung der Dunkelresonanzen
fr Ca + findet sich u.a. in den Arbeiten von Kurth [119] und Gudjons [93]. Interessant
sind Dunkelresonanzen unter anderem wegen ihrer geringen Linienbreite. Dies lt sich in
der Spektroskopie ausnutzen, um die Przision von Messungen zu steigern. So kann man mit
Dunkelresonanzen die Hyperfeinstrukturaufspaltung przise sogar dann bestimmen, wenn die
einzelnen Linien aufgrund ihrer Dopplerbreite nicht aufgelst werden knnen. Whrend also die
eigentlichen Linien berlappen, kann man aus den Einbrchen die Lage der Hyperfeinniveaus bestimmen.
Diese Methode wurde von Kurth [119] benutzt, der neben der Hyperfeinstrukturaufspaltung
auch die Isotopieverschiebung von 43 Ca + an puffergasgekhlten Ionen vermessen hat.
Die Dopplerbreite bei puffergasgekhlten Ionen liegt im Bereich von 2-3GHz weswegen man die
Aufspaltung von MHz nicht auflst. Eine weitere interessante Anwendung, die auf Dunkelresonanzen
basiert, ist ein Magnetometer [44], mit dem man auch kleine Felder przise messen kann.
Eine spezielle Khlmethode, die Dunkelresonanzen ausnutzt, wurde vor kurzem vorgeschlagen
und inzwischen auch realisiert. Sie wird im nchsten Abschnitt diskutiert.
4.2 Khlen mit Elektromagnetisch Induzierter Transparenz
Eine neue Variante der Laserkhlung, die kohrente berlagerungszustnde in Drei- oder Mehrniveausystemen
ausnutzt, wurde vor kurzem von Morigi et al. [139] vorgeschlagen: Das sogenannte
Khlen durch Elektromagnetisch Induzierte Transparenz (EIT). Dabei kann man durch
die richtige Wahl der Parameter fr die beiden Khllaser die Form des Absorptionsprofils unter
Ausnutzung der EIT optimieren. Es soll insbesondere beim effektiven Khlen gespeicherter Ionen
in den Grundzustand der Vibrationsbewegung gegenber dem klassischen Seitenbandkhlen
eine Reihe von Vorteile bringen. Das Verfahren wurde auch schon experimentell an einen einzelnen
Ion in einer miniaturisierten, hyperbolischen Paulfalle von Roos et al. [169] in Innsbruck
demonstriert. Die Grundidee dieser Methode soll im folgenden kurz vorgestellt werden:
Es wird ein 3-Niveausystem angenommen wie es in Abb. 4.5a dargestellt ist. Unter Vernachlssigung
der Vibrationsbewegung besitzt es folgende Eigenschaften: Es gibt neben dem