Braggbeugung von Fermionen an optischen Potentialen

Abstract

Diese Dissertation beschreibt die Braggbeugung ultrakalter Fermionen an einem optischen Potential. Durch die Überlagerung zweier leicht verstimmter Laserstrahlen wurde ein bewegtes optisches Gitter erzeugt. Entspricht die Verstimmung der Laserstrahlen der Braggbedingung für ruhende Atome, so werden diese daran gebeugt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde diese Beugung systematisch analysiert. Dazu wurden Rabioszillationen zwischen den beteiligten Beugungsordnungen sowohl im schwach wechselwirkenden Braggregime als auch im stark wechselwirkenden Kapitza-Dirac Regime untersucht. Die beobachteten Effekte konnten gut mit Simulationen, basierend auf einem gekoppelten Zwei-, bzw. Mehrniveausystem beschrieben werden. Des Weiteren wurde die zeitliche Entwicklung der gebeugten Zustände im magnetischen Fallenpotential studiert. Aus der Bewegung dieser Zustände konnte die Anharmonizität des verwendeten Fallenpotentials sowie der Streuquerschnitt für p-Wellen Stöße in einem 6Li System bestimmt werden. Außerdem wurde die Impulsverteilung der Fermionen mit Hilfe der Braggspektroskopie untersucht und es konnten Anzeichen für die Fermientartung gefunden werden. Schließlich konnte ein Interferometer mit Fermionen aufgebaut werden, das eine Kohärenzzeit von mehr als 100 µs aufwies. Damit konnten die Möglichkeiten zur Messung und Manipulation ultrakalter Fermionen mit Hilfe der Braggbeugung aufgezeigt werden.

This thesis describes the Bragg diffraction of ultracold fermions at an optical potential. A moving optical lattice was created, by overlaying two slightly detuned lasers. Atoms can be diffracted at this lattice if the detuning fulfills the Bragg condition for resting atoms. This Bragg diffraction is analyzed systematically in this thesis. To this end Rabi oscillations between the diffraction states were driven, as well in the weakly interacting Bragg regime, as in the strongly interacting Kapitza-Dirac regime. Simulations, based on a driven two-, respectively multilevel-system describe the observed effects rather well. Furthermore, the temporal evolution of the diffracted states in the magnetic trapping potential was studied. The anharmonicity of the trap in use and the scattering cross section for p-wave collisions in a 6Lithium system was determined from the movement of these states. Moreover the momentum distribution of the fermions was measured with Bragg spectroscopy and first signs of fermi degeneracy were found. Finally an interferometer with fermions was build, exhibiting a coherence time of more than 100 µs. With this, the possibility for measurement and manipulation of ultracold fermions with Bragg diffraction could bee shown.