Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD

7.5. Messung an einem Ion - Der Meablauf 77
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Zeit [s]
1
Abbildung 7.5. Spur eines einzelnen Ions aufgenommen mit der ICCD-Kamera durch wiederholtes
Auslesen einer Zeile. Das Ion wird wie blich lasergekhlt und die
Fluoreszenz auf dem 4S 1/2 -4P 1/2 -bergang detektiert. Nachdem es mit dem
Shelving-Laser auf dem 3D 3/2 -4P 3/2 -bergang optisch in das metastabile
3D 5/2 Niveau gepumpt wurde, wird zum Zeitpunkt t=0 der Shelving Laser
ausgeschaltet und die Auslese beginnt. Das Ion wird wieder sichtbar,
wenn es nach dem Zerfall wieder am Khlzyklus teilnimmt. Dieser Zeitpunkt
wird bestimmt. Danach wird der Zyklus mehrfach wiederholt.
eine von Peter Seibert geschriebene Software verwendet, um das Verfahren zu automatisieren.
Aufgrund der anfallenden Datenmenge ist eine automatisierte Auswertung unumgnglich. Allerdings
mu die Zuverlssigkeit des Programms durch umfangreiche manuelle Stichproben berprft
werden, was ebenfalls zeitaufwendig ist. Da es sich beim Zerfall um einen statistischen Proze
handelt, mu man den Mezyklus mehrere hundertmal wiederholen, um mit guter Statistik ein
gutes Ergebnis zu erhalten. Um aus den Werten der Dunkelzeiten die Lebensdauer zu erhalten,
erstellt man ein Histogramm der gemessenen Dunkelzeiten. Da es sich um einen exponentiellen
Zerfalls gem N(t) = N 0 exp(−t/τ) handelt, trgt man die Verteilung am besten logarithmisch
gegen diese Zeiten auf. An die Messwerte passt man eine Gerade an, aus deren Steigung sich
die Lebensdauer ergibt. Da sich in den ersten Messreihen eine deutlich krzere Lebensdauer ergab
als in einer vorangegangenen Messung an einer lasergekhlten Ionenwolke, wurden weitere
Untersuchungen notwendig. Es wurden verschiedene Effekte untersucht, die zu einer Verkrzung
der Lebensdauer fhren knnen. Selbst kleine Strungen knnen schon einen nennenswerten Effekt
auf das Ergebnis haben. Es kann durch Ste mit Restgasatomen zu einer Verkrzung der Lebensdauer
kommen. Dieser Effekt wird als Quenchen bezeichnet. Bei einem Restgasdruck in der
Apparatur von 1 × 1 −10 mbar bestimmt sich die Quenchrate fr Wasserstoff, dem Hauptbestandteil
des Restgases, anhand des bekannten Wirkungsquerschnitts [12] zu etwa 1ms und kann
daher als Ursache vernachlssigt werden. Da die Lebensdauer der meisten atomaren Niveaus nur
einige ns betrgt - also viele Grenordnungen weniger -, reicht schon eine kleine Ankopplung in
der Grenordnung von 10 −6 . In unserem Fall knnte das metastabile 3D 5/2 -Niveau z.B. an das
kurzlebige 4P-Niveau angekoppelt werden, wodurch sich die gemessene Lebensdauer reduzierte.
Diese Kopplung kann durch Stark-Mischen zustande kommen, d.h. wenn durch elektrische
Felder ein kurzlebiges Niveau dem metastabilen Zustand beigemischt wird. Hier kmen das Fallenfeld
oder die Laserfelder (ber den AC-Starkeffekt) in Frage. Die Fallenfelder am Ort der
Ionen, die wegen der Khlung nur geringe Bewegungsamplituden haben, sind so gering, da sie
keinen Effekt haben (siehe Kap.7.6). Um einen Einflu der Laserfelder zu untersuchen, wurde
deren Leistung variiert. Der Khllaser, der die hchste Intensitt der beteiligten Laser aufweist,
hatte jedoch keinen Einflu auf die gemessenen Werte der Lebensdauer. Selbst bei einer nderung
der Leistung um einen Faktor zehn nderte sich die gemessene Lebensdauer nicht. Eine
Variation der Leistung des Rckpumplasers hatte jedoch einen deutlichen Einflu. Es ergab sich