Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD

76 Kapitel 7. Die Lebensdauer des 3D 5/2 bergangs in 40 Ca +
den anderen Laser berlagert in die Falle eingekoppelt. Die Einstrahldauer betrgt im Experiment
etwa 1s. Um das Ion mit hoher Wahrscheinlichkeit ins metastabile Niveau zu bringen, bentigt
man nur eine geringe Leistung von ca. 100µW . Daher kann man diesen Laser ber ein Glasplttchen
mit den Khllasern berlagern. Ist das Ion im metastabilen Zustand, werden keine Photonen
Abbildung 7.4. Vergleich zwischen heiem und kalten Ion. Das linke Bild zeigt ein heies
Ion mit einer groen Schwingungsamplitude. Das rechte Bild zeigt ein
einzelnes, gut gekhltes Ion.
mehr gestreut, da dieser Zustand von den Khllasern vollstndig entkoppelt ist. Der Shelvinglaser
wird nach der Prparationszeit mit einem mechanischen Shutter (Newport 846HP) geblockt und
das Auslesen der ICCD-Kamera wird gestartet. Ein mechanischer Shutter hat den Vorteil, da die
Auslschung wirklich hundertprozentig ist. Benutzt man hingegen akustooptische Modulatoren,
so ist die Abschwchung nur 10 −4 . Die Schaltzeit des Shutters wird mit kleiner als 3ms angegeben.
Die beiden Khllaser sind whrend der Messung permanent an, um das Ion sofort nach
dem Zerfall detektieren und khlen zu knnen. Der gesamte Meablauf wird von einem Computer
gesteuert. Er schaltet den Shutter, startet das Auslesen der Kamera, speichert die Bilder und
erlaubt das Einstellen der Laserfrequenzen. Die Kamera wird anstelle eines Photomultipliers
benutzt, da man so eventuell vorhandene Aufheizeffekte wie Ste leichter erkennen kann, die
sich in einem greren Fleck auf dem Kamerabild bemerkbar machen. Ein Beispiel fr ein aufgeheiztes
Ion im Vergleich zu einem gut gekhlten ist in Abb. 7.4 dargestellt. Heizt sich nmlich das
Ion, whrend es im metastabilen Niveau ist, auf, so ergibt sich eine Verflschung der gemessenen
Dunkelzeit aufgrund der Khlzeit. Das Ion wird nicht gekhlt, whrend es sich im metastabilen
Niveau befindet. Selbst fr Ionenwolken konnte jedoch in der Zeitdauer von einigen Sekunden
kein Aufheizen beobachtet werden. Das wurde auch von Gudjons [92] bei seiner Messung in
der hyperbolischen Falle besttigt. Auerdem lt sich bei Verwendung der Kamera ausschlieen, da
weitere Fremdionen in der Falle verblieben sind. Beobachtet man das Bild ber lngere Zeit, so
wrde man, wenn weitere Ionen gespeichert wrden, Platzwechsel des Ions feststellen, die durch
Ste mit Restgasatomen hervorgerufen werden. Solche Fremdionen knnen durch Ionisation des
Restgases oder andere Ca-Isotope entstehen, wrden aber nicht zur Fluoreszenz beitragen. Jede
Mereihe besteht nun aus einer mehrfachen Wiederholung dieses Zyklus aus Prparation und Detektion,
fr jede Einzelmessung wird das Kamerabild abgespeichert. Da die Frequenzstabilitt
der Laser insbesondere durch eine Drift von einigen MHz pro Stunde limitiert ist, mu man in
regelmigen Zeitabstnden die Frequenzen manuell nachregeln. Das Ion steht unabhngig davon
normalerweise fr einen ganzen Metag zur Verfgung.
Aufgrund der Gre der ICCD-Chips mit 580 Zeilen kann man maximal eine Aufnahme von
ca. 6s machen, zusammen mit der Prparationszeit von 2s dauert eine Einzelmessung somit 8s.
Solche Einzelmessungen werden nun einige tausend mal wiederholt. Jedes Bild enthlt die gemessene
Fluoreszenz als Funktion der Zeit. Es ergibt sich eine weie Spur des Ions (Abb.7.5), die
beginnt wenn das Ion zerfallen ist. Die Zeit vom Start der Messung bis zum Zeitpunkt, ab dem
das Ion wieder am Khlzyklus teilnimmt und zur Fluoreszenz beitrgt, wird bestimmt. Dazu wird