Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD
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5.5. Frequenzstabilisierung der Laser 43<br />
oberer<br />
Faltspiegel<br />
397nm<br />
(und 794nm)<br />
Pumpstrahl<br />
unterer<br />
Faltspiegel<br />
Ti:S-<br />
Kristall<br />
Auskoppelplättchen<br />
Verdopplungskristall<br />
(LiJO 3<br />
)<br />
Etalons<br />
L<strong>in</strong>se<br />
Brewsterplatte<br />
Birefr<strong>in</strong>gent-<br />
Filter<br />
optische<br />
Diode<br />
Auskoppelspiegel<br />
794nm<br />
Pumpspiegel<br />
Abbildung 5.7. Schema des Ti:Sa-Lasers. Es handelt sich um e<strong>in</strong>en R<strong>in</strong>glaser. Der Ti:Sa-<br />
Kristall ist im Fokus zweier Hohlspiegel plaziert. Als frequenzselektive<br />
Elemente s<strong>in</strong>d Etalons und e<strong>in</strong> Birefr<strong>in</strong>gent-Filter vorhanden, um den Laser<br />
auf e<strong>in</strong>e Frequenz und e<strong>in</strong>e Mode zu beschrnken. In den leicht zugnglichen<br />
Arm des Resonators wird der Verdoppler und der Strahlteiler e<strong>in</strong>gabaut.<br />
<strong>in</strong> dessen Fokus und kann durch die Resonatorparameter die Verdopplungseffizienz optimieren,<br />
<strong>in</strong>dem man beispielsweise den optimalen Strahldurchmesser fr den Kristall e<strong>in</strong>stellt. E<strong>in</strong>e<br />
Schwierigkeit besteht allerd<strong>in</strong>gs <strong>in</strong> e<strong>in</strong>er effektiven E<strong>in</strong>kopplung <strong>in</strong> den Resonator. Im Laserresonator<br />
ist die Optimierung der Effizienz schwieriger, da man <strong>in</strong> der Wahl der Kristallposition<br />
e<strong>in</strong>geschrnkt ist. Auerdem stellt der Kristall e<strong>in</strong>en zustzlichen Verlustfaktor dar. Dennoch wurde<br />
aufgrund der e<strong>in</strong>fachen Umsetzbarkeit die resonator<strong>in</strong>terne Frequenzverdopplung gewhlt. Dazu<br />
wurde der Standard-Auskoppelspiegel durch e<strong>in</strong>en hherreflektiven ersetzt, um die im Resonator<br />
umlaufende Leistung zu erhhen. Als weitere Modifikation mu e<strong>in</strong> dichroitischer Strahlteiler<br />
zum Auskoppeln des verdoppelten Lichts e<strong>in</strong>gebaut werden. E<strong>in</strong>e ausfhrliche Beschreibung der<br />
Frequenzverdopplung mit nichtl<strong>in</strong>earen optischen Kristallen f<strong>in</strong>det sich z.B. bei [40]. Mit dem<br />
10mm langen LiIO 3 -Kristall erreicht man unter optimalen Bed<strong>in</strong>gungen e<strong>in</strong>e Leistung von bis<br />
zu 15mW fr das verdoppelte Licht, was fr das Experiment mehr als ausreichend ist.<br />
5.5 Frequenzstabilisierung der Laser<br />
Aus den Kapiteln ber die Eigenschaften von Ca + und ber Laserkhlen, lassen sich Anforderungen<br />
an die Stabilitt der Laser ableiten. Betrachtet man <strong>in</strong> e<strong>in</strong>em simplen Modell des Dopplerkhlens<br />
die Khlleistung als Funktion der Verstimmung des Khllasers gegenber der atomaren<br />
Resonanz, so zeigt sich, da die L<strong>in</strong>ienbreite der Khllaser im Falle von Ca + (und damit fr die<br />
meisten Dipolbergnge) kle<strong>in</strong>er als 2MHz se<strong>in</strong> sollte. E<strong>in</strong>e nderung der Laserverstimmung um<br />
2MHz gegenber dem Optimum ndert die Khlleistung um bis zu 8%. Noch wichtiger ist natrlich<br />
die Stabilitt der Laser gegenber Frequenzdrifts. Das gilt vor allem fr Langzeitmessungen. Dies<br />
ist beispielsweise bei der Lebensdauermessung von Interesse, wo man fr e<strong>in</strong>e gute Statistik<br />
ber viele Stunden kont<strong>in</strong>uierlich an e<strong>in</strong>em Ion messen mchte. Dabei wrde e<strong>in</strong>e Frequenzdrift<br />
nicht nur die Temperatur des Ions ndern, sondern auch das detektierte Signal reduzieren. Das