Dispersionsmanagement für Materiewellen
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Zusammenfassung
In dieser Diplomarbeit wird die lineare und nichtlineare Dynamik von atomaren Materiewellen in einem periodischen Potential experimentell untersucht.
Ein Bose-Einstein Kondensat dient als Quelle für Materiewellenpakete. Die Materiewellen werden in einem eindimensionalen Wellenleiter präpariert, der durch einen weit rotverstimmten, fokussierten Laserstrahl erzeugt wird. Ein schwaches optisches Gitter entlang des Wellenleiters dient dazu, die Dispersionsrelation der Wellenpakete während der Propagation zu kontrollieren. Die beobachtete Dynamik der Materiewellenpakete wird mit Hilfe des Konzepts der effektiven Masse interpretiert.
Die Apparatur zur Erzeugung von Bose-Einstein Kondensaten aus 87Rb-Atomen in einer magnetischen TOP-Falle wird vorgestellt. Verschiedene Schemata zur Präparation der atomaren Wellenpakete im kombinierten optischen Potential des Wellenleiters und des Gitters werden diskutiert.
In einer ersten Reihe von Experimenten wird der Einfluß des Vorzeichens und des Betrags der effektiven Masse auf die lineare Dynamik der Materiewellenpakete demonstriert. Indem die effektive Masse während der Propagation eines Wellenpakets von einem positiven auf einen negativen Wert verändert wird, kann die Dynamik des Wellenpakets umgekehrt werden. Die Grenzen der Näherung konstanter effektiver Masse sowie experimentelle Signaturen einer unendlich großen effektiven Masse werden untersucht.
Das Zusammenwirken der Nichtlinearität des Kondensats und der modifizierten Dispersionsrelation der Materiewellen im optischen Gitter wird in einer weiteren Reihe von Experimenten untersucht. Durch die Präparation eines nichtlinearen Materiewellenpakets mit negativer effektiver Masse konnte die Dispersion unterdrückt werden. Numerische Simulationen legen die Entstehung von atomaren Gittersolitonen als mögliche Erklärung nahe.
Zusammenfassung in einer weiteren Sprache
Experiments with linear and nonlinear atomic matter waves in a periodic potential are reported in this diploma thesis.
Matter wave packets from a Bose-Einstein condensate are loaded into a one-dimensional optical dipole potential waveguide. A weak optical lattice is used to control the dispersion relation of the matter waves during the propagation of the wave packets. The wave packet dynamics are observed in position
space and interpreted using the concept of an effective atomic mass.
The setup to achieve Bose-Einstein condensation of 87Rb in a magnetic TOP trap is presented. Different techniques to load atomic wave packets into the combined optical potential of the waveguide and the lattice are discussed.
In a first series of experiments, the influence of the sign and the magnitude of the effective mass on the linear dynamics of matter wave packets is investigated. By switching from positive to negative effective mass, the dynamics of a wave packet are reversed. The breakdown of the approximation of constant effective mass as well as experimental signatures of an infinite effective mass are studied.
The interplay of the condensate nonlinearity and the modified dispersion relation of the matter waves in the periodic potential is studied in a second series of experiments. Dispersion is observed to be suppressed for nonlinear matter wave packets with negative effective mass. Numerical simulations suggest the creation of atomic gap solitons as a possible explanation.
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ISO 690
TREUTLEIN, Philipp, 2002. Dispersionsmanagement für Materiewellen [Master thesis]BibTex
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