Böcker av Harald Rhode

Inhaltsangabe:Zusammenfassung: In der vorliegenden Arbeit wurde Aufbau und Betrieb eines injektionsstabilisierten Diodenlasersystems vorgestellt. Es wurden neben den allgemeinen Laserdiodeneigenschaften die speziellen und extrem vielfältigen Verhältnisse der Injektionsstabilisierung bezüglich Fangbereich und Stabilität theoretisch sowohl analytisch als auch numerisch untersucht. Die experimentellen Ergebnisse liegen in guter übereinstimmung mit der Theorie. Der Aufbau eines Diodenlasersystems in Littrow-Anordnung, welches sowohl für die Hochleistungsdiode als auch für die Führungsdiode geeignet ist, wurde vorgestellt. Da bei der Führungsdiode die Langzeitstabilität nur eine sehr untergeordnete Rolle spielt, wird die Führungsdiode nur mit Hilfe eines Gitters auf eine Linienbreite im Bereich einiger 100 kHz reduziert. Beide Laserdioden haben eine elektronisch stabilisierte Stromversorgung und werden mit Peltierelementen gekühlt. Dabei wird die Temperatur mit elektronischen Reglern auf +-10 mK konstant gehalten. Zuerst wurden die Eigenschaften der Hochleistungsdiode ohne Injektionsstabilisierung beschrieben. Dort ist vor allem die Modenstruktur und das Strahlprofil im Vergleich zu handelsüblichen Laserdioden kleinerer Leistung auffällig. Weiterhin zeigt die Diode unter bestimmten Rückkopplungsbedingungen chaotische Amplitudenoszillationen. Beim injektionsstabilisierten Betrieb läßt sich die Hochleistungsdiode auf die Moden des Führungslasers zwingen. Die Güte der Ankopplung ist sehr stark vom Strom und der Temperatur der Hochleistungsdiode abhängig, da nur innerhalb eines kleinen Bereiches das Verstärkungsmaximum der Hochleistungsdiode auf der injizierten Frequenz liegt. Die beste Ankopplung wird bei 5C und 190 mA erzielt. Bei höheren Injektionsstömen über 220 mA schwingen Eigenmoden der Hochleistungsdiode an und im Bereich von 300 mA ist zwar die injizierte Mode noch sichtbar, aber über 95% der Energie werden auf den Eigenmoden der Hochleistungsdiode emittiert. Die maximale injektionsstabilisierte Leistung beträgt etwa 10 mW. Diese Leistung reicht aus, um das Experiment zur Spektroskopie am Barium deutlich zu verbessern. Zum genaueren Studium wurde die Kopplung zweier Laserdioden mit 5mW Leistung untersucht. Es wurde das Fangverhalten gemessen und festgestellt, daß der Fangbereich in der Größenordnung des theoretisch zu erwartenden Wertes liegt. Auch der theoretisch zu erwartende instabile Bereich wurde gefunden. Aus den gewonnenen Daten [¿]

Inhaltsangabe:Zusammenfassung: In der vorliegenden Arbeit wurde der Aufbau einer linearen Ionenfalle für Kalzium-Ionen vorgestellt. Die Falle speichert zuverlässig Ionenketten über viele Stunden. Für die Manipulation des Quantenzustandes der Ionen und damit für ein und zwei Qubit-logische Operationen wird Laserlicht verwendet. Dieser Laser muss so schmalbandig wie möglich sein, damit er möglichst wenig zu Dekohärenzprozessen beiträgt. Neben dem Aufbau der Falle wurde daher der Aufbau eines schmalbandigen Lasers bei 729nm Wellenlänge und einer Linienbreite von 76+- 5 Hz vorgestellt. Mit Hilfe dieses Lasers und weiterer schon vorhandener Lasersysteme wurden die gezeigten Messungen durchgeführt. Mit Hilfe der Dopplerkühlung konnten Ionen in den mK Bereich heruntergekühlt werden. Mit dem damit verbundenen Erreichen des Lamb-Dicke-Regimes konnte Seitenbandkühlung von einem und zwei Ionen in den Grundzustand der Bewegung demonstriert werden. Die Fähigkeit zur Adressierung einzelner Ionen in einer Ionenkette wurde gezeigt und am Beispiel der mitfühlenden Grundzustandskühlung einer Ionenkette verwendet. Eine Untersuchung der Heizraten ergab für die verschiedenen Bewegungsmoden der Ionenkette Heizraten in der Größenordnung von etwa 10 Phononen/s. Damit sind die Heizraten beim augenblicklichen Stand des Experiments nicht limitierend für den Betrieb der Falle als Quanteninformationsprozessor. Ausgehend vom Grundzustand der Bewegung wurden Rabioszillationen eines oder zweier Ionen auf dem Träger und auf Seitenbändern demonstriert. Auf dem Träger wurden mehr als 20 Oszillationen beobachtet, auf den Seitenbändern bis zu 10 Oszillationen. Da sich zeigte, dass die Kühlung eines einzelnen Seitenbandes nicht ausreichte, um auf diesem kohärente Manipulationen auszuführen, mussten alle Seitenbänder gekühlt werden. Die grundsätzliche Eignung von Kalzium-Ionen als optisches Frequenznormal wurde durch die Messung der Zentralfrequenz einer Zeeman-Komponente mit einer Auslösung von delta_nu/nu=7*10^{-13} bewiesen. Weiterhin wurde Ramsey-Spektroskopie verwendet und aus dem Kontrastverlust der Ramseyoszillationen mit wachsender Anregungszeit die Laserlinienbreite am Ort des Ions bestimmt. Die vorgestellten Ergebnisse geben Grund zu der Annahme, dass ein einfacher Quanteninformationsprozessor auf Ionenfallenbasis realisiert werden kann. Die Realisierung eines einfachen Quanteninformationsprozessors erscheint mit den vorliegenden Ergebnissen möglich. Alle [¿]