Ionen in einer linearen Paulfalle - ArchiMeD

82 Kapitel 7. Die Lebensdauer des 3D 5/2 bergangs in 40 Ca +
der Kamera aufgenommen. Zur Auswertung wurde an das gemessene Signal die entsprechende
Funktion, typischerweise eine Sinusfunktion, angepasst. Aus dieser Anpassung wurde die
Frequenz bestimmt und mit der am Generator eingestellten verglichen. Die daraus erhaltene
Eichung wurde in der spteren Auswertung verwendet.
Es gibt noch zwei mgliche, systematische Fehlerquellen. Eine ist mit der minimalen Zeitauflsung
der Kamera verbunden. Wre diese so lang, da innerhalb dieser Zeitspanne ein Zerfall mit
erneutem Anregen in den metastabilen Zustand stattfinden knnte, dann wre es zu Beginn einer
Messung mglich, da das Ion einen Zerfall gemacht htte, den man nicht nachweist, wenn
die Verschluzeit der Shutters entsprechend lange wre. Eine weitere Fehlerquelle knnte durch
die Schaltzeit des Shutters gegeben sein. Das Auslesen der Kamera wird gestartet, wenn der
Impuls zum Schlieen an den Shutter geht. Dieser ist dann zu Beginn der Messung noch nicht
komplett geschlossen. Dadurch ist die gemessene Dunkelzeit um die Schliezeit des Shutters zu
korrigieren. Das wurde hier nicht getan. Die Schliezeit wird vom Hersteller mit weniger als 3ms
angegeben.
7.7 Verkrzung der Lebensdauer in Ionenketten - Kooperative
Effekte?
Bei der beschriebenen Methode der Quantensprnge zur Bestimmung der Lebensdauer eines atomaren
Zustands kommt es unter optimalen Bedingungen vor allem auf eine gute Statistik an,
wenn man eine hohe Genauigkeit erreichen will. Dafr ist eine relativ lange Mezeit erforderlich.
In unserem Fall dauerte eine Einzelmessung knapp 10s, so da man fr einen Wert der Lebensdauer
ca. 3 Stunden messen mute. Ist noch eine systematische Abhngigkeit von einem Parameter
wie z.B. der Laserleistung oder dem Druck gegeben, braucht man zur Untersuchung dieser Systematik
mehrere Werte, so da sich die Mezeit weiter erhht. Eine Reduktion der Mezeit ohne
den Verlust an Genauigkeit und ohne die Gefahr zustzlicher systematischer Fehlerquellen ist
durch Erhhung der Ionenzahl mglich. Da man vergleichbare Eigenschaften (Strungen, Temperatur)
haben mchte, kommen nur (lineare) Ionenkristalle in Frage. Das ist in einer linearen Falle
gut zu bewerkstelligen. Man kann problemlos Kristalle mit bis zu N max Ionen erzeugen, die alle
auf der feldfreien Achse sitzen. Bei der hier verwendeten Falle betrgt die maximale Kettenlnge
N max = 35. Dieser maximale Wert ist vor allem von den Fallenparametern, aber auch der verwendeten
Vergrerung, bei der der Kristall noch komplett auf den ICCD-Chip abgebildet werden
kann, bestimmt. Um lineare Kristalle zu bekommen, braucht man bei gegebener Ionendichte ein
bestimmtes Verhltnis der Potentialstrken in radialer zu axialer Richtung. Durch die technische
Limitierung der maximalen Strke in radialer Richtung lassen sich Ketten ab einer bestimmten
Ionenzahl nur noch erreichen, wenn man das axiale Potential immer weiter absenkt. Man sollte
das Potential aber nicht zu niedrig machen, um die Speicherzeit nicht zu reduzieren.
Zur Bestimmung der Lebensdauer an einem Kristall beobachtet man gleichzeitig die Quantensprnge
aller Ionen in der Kette. Das bedeutet, da man in der gleichen Zeit maximal N max -mal
soviel Daten erhlt. Die Messung selbst luft analog wie bei einem Ion ab. Bei der hier verwendeten
Variante der Methode der Quantensprnge, bei der man die Ionen mit einer ICCD Kamera
nachweist und ihre Spuren analysiert, braucht man - aus technischen Grnden - einen Minimalabstand
zwischen den Ionen, um die einzelnen Ionen gut unterscheiden zu knnen. Deswegen
sollten bevorzugt lineare Ketten von Ionen verwendet werden. Um lngere lineare Ketten zu erzeugen,
braucht man ein passendes Verhltnis zwischen axialer und radialer Potentialtopftiefe,
sonst bilden sich zickzackfrmige oder komplexere Strukturen, bei denen der Abstand zwischen
den Ionenspuren kleiner wird. Dann kann man die einzelnen Spuren schlechter unterscheiden.
Bei einer Lebensdauermessung an einem Ionenkristall mu man sicherstellen, da der Kristall