Tanja E. Mehlstäubler Neuartige Kühlmethoden für einen optischen Magnesium-Frequenzstandard RHOMBOS-VERLAG. 2006. ISBN 3-938807-13-X 174 Seiten. 40 Farbabbildungen. Preis: 35,00 Euro. Optische Uhren basierend auf neutralen Erdalkali (ähnlichen) Atomen stellen interessante Kandidaten für zukünftige, hochgenaue Frequenzstandards dar. An thermischen Atomstrahlen und zu mK-Temperaturen gekühlten Atomen wurden bereits hoch kompetitive Ergebnisse erzielt. Ihr vollständiges Potential wird aber erst mit einem ultrakalten Ensemble im µK-Bereich und bei geeigneter Speicherung in einer Dipolfalle erreicht. In dieser Arbeit wurde ein neues Experiment aufgebaut, das erstmals Tests weiterführender Kühlmethoden für neutrale Magnesium-Atome, sowie die Implementierung der Atom-Interferometrie und einer Dipolfalle erlaubt. Sub-Doppler-Kühlkräfte im fermionischen Isotop 25Mg mit Kernspin I = 5/2 wurden theoretisch und experimentell untersucht. Für die Erzeugung von ultrakalten Temperaturen von Mg wurde ein Kühlverfahren basierend auf einem zweistufigen, inkohärenten Anregungsprozess entwickelt, das das Kühlen auf dem in Mg stark verbotenem Interkombinationsübergang ermöglicht. Die Linienbreite wird dabei durch die Intensität eines Quenchlasers einstellbar. In Zusammenarbeit mit der Ca-Gruppe der PTB konnten die Vorhersagen von 3D-Monte-Carlo-Simulationen durch erste experimentelle Ergebnisse bestätigt werden. In einer QuenchMOT wurden Temperaturen bis zu 6 µK beobachtet. Parallel dazu wurden Studien zu kohärenten zwei-Photonenprozessen auf den erlaubten 31So - 31P1 - 31D2 - Übergängen im Singulett-System durchgeführt. Messungen in einer ID-Melasse führten zur Entdeckung eines neuen Kühlmechanismus, der den starken UV-Übergang modifiziert. Dabei treten Kühlkräfte nahe der zwei-Photonenresonanz sowohl für blau- als auch für rot-verstimmtes Laserlicht auf. Der Kühlprozess, welcher eine potentielle Temperatur von wenigen 100 µK erlaubt, wurde mit Hilfe einer exakten Berechnung des Kaskadensystems erklärt. Schlagwörter: Laserkühlung, Erdalkali-Atome, optische Uhren, Quenchkühlen, zwei-Photonenkühlen Tanja Elisabeth Mehlstäubler, geboren 1975 in Passau. Studium der Physik in Würzburg und SUNY at Stony Brook, New York. 1999, M.A. in Physics. Seit 1999 wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Quantenoptik in Hannover. Promotion 2005. Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung 1 Einleitung 2 Aufbau und Charakterisierung eines Experimentes zum Test neuer Kühl- und Speichertechniken 2.1 Experimenteller Aufbau 2.1.1 MOT Lasersystem 2.1.2 Vakuumsystem 2.1.3 Magnetspulen und Kühlkreislauf 2.1.4 Optischer Aufbau und Detektion 2.1.5 Experimentsteuerung und Messwerterfassung 2.2 Charakterisierung der neuen MOT 2.2.1 Die neue Mg-Quelle 19 2.2.2 Laden einer Magnesium-MOT aus dem Hintergrunddampf 2.2.3 Temperatur und Heizverhalten von Mg-24 und Mg-25 2.2.4 Zeeman-Slowing im Quadrupol Feld der MOT 3 Quenchkühlen 51 3.1 Kühlen auf schmalen Linien 3.2 Verbreitern von Interkombinationsübergängen 3.2.1 Effektives 2-Niveau-System 3.2.2 Effizienz des Quenchkühlens in Erdalkali-Atomen 3.2.3 Messung der Quenchlinie in Magnesium 3.3 Monte-Carlo Simulation der QuenchMOT 3.3.1 Konzeption und Simulation einer QuenchMOT 3.3.2 Vergleich mit dem Calcium Experiment 3.3.3 Resultate für Magnesium 4 Zwei-Photonenkühlen 4.1 Geschwindigkeitsselektive Zwei-Photonenprozesse 4.2 Experimentelle Beobachtungen 4.2.1 Spektroskopie der Linie 4.2.2 1-Dimensionale Melasse 4.3 Theorie des Kühlprozesses 5 Ausblick Literaturverzeichnis Abbildungen Anhang A Atomare Daten von Magnesium B überblick über Lasersysteme C Konstruktionszeichnungen der Vakuumkammerweiterlesen