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