German Title: Eine quasi-elektrostatische Falle fuer Neutralatome

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Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine `quasi-elektrostatische' Atomfalle (QUEST) fuer neutrale Atome realisiert. Caesium und Lithium wurden gemeinsam gespeichert und damit erstmals die Mischung verschiedener Spezies in einer optischen Dipolfalle demonstriert. Die Falle wird durch den Fokus eines CO2-Laser Strahls mit 30 W Dauerstrich-Leistung und nahezu gauss'schem Strahlprofil gebildet. Bei einem Fokus mit einer Strahltaille von 0.1 mm betraegt die Fallentiefe 118 muK fuer Caesium und 48 muK fuer Lithium. Es werden bis zu 1 000 000 Caesium und 100 000 Lithium Atome aus einer magnetooptischen Falle in die QUEST transferiert, wobei bei gleichzeitiger Speicherung beider Spezies die transferierte Teilchenzahl derzeit noch etwa eine Groessenordnung kleiner ist. Da Photonenstreuung aus dem Fallenlicht vernachlaessigt werden kann, stellt die QUEST eine fast perfekte Realisierung eines konservativen Fallenpotentials dar. Die in der QUEST gespeicherten Atome befinden sich in ihren elektronischen Grundzustaenden, wobei beliebige Unterniveaus durch optisches Pumpen populiert werden koennen. Aufgrund des sehr geringen Hintergrundsdrucks erreichen wir Speicherzeiten von mehreren Minuten. Verdampfungs-Kuehlung bei Caesium wird beobachtet. Ein zweiter, effektiverer Kuehlmechanismus fuer die Caesium-Wolke in der QUEST wird demonstriert: mittels Laserkuehlung in der Falle kann die Temperatur von 25 muK auf unter 7 muK reduziert werden. Bei Praeparation der Atome im oberen Hyperfeinniveau des Grundzustands beobachten wir spinaendernde Stoesse nicht nur innerhalb einer Spezies, sondern erstmals auch zwischen zwei verschiedenen Atomsorten. Die entsprechenden Relaxationsraten werden quantitativ analysiert.

Translation of abstract (English)

This thesis reports on the realization of a `quasi-electrostatic trap' (QUEST) for neutral atoms. Cesium and Lithium atoms are stored, which represents for the first time a mixture of different species in an optical dipole trap. The trap is formed by the focused Gaussian beam of a 30 W cw CO2-laser. For a beam waist of 0.1 mm the resulting trap depth is 118 muK for Cesium and 48 muK for Lithium. We transfer up to 1 000 000 Cesium and 100 000 Lithium atoms from a magneto-optical trap into the QUEST. When simultaneously transferred, the atom number currently is reduced by roughly a factor of 10. Since photon scattering from the trapping light can be neglected, the QUEST represents an almost perfect conservative trapping potential. Atoms in the QUEST populate the electronic ground state sublevels. Arbitrary sublevels can be addressed via optical pumping. Due to the very low background gas pressure storage times of several minutes are realized. Evaporative cooling of Cesium is observed. In addition, laser cooling is applied to the trapped Cesium sample, which reduces the temperature from 25 muK to a value below 7 muK. If prepared in the upper hyper-fine ground state sublevel, spin changing collisions are observed not only within one single species, but also between the two different species. The corresponding relaxation rates are quantitatively analyzed.