Kollektive Streuung in einem optischen Ringresonator

Abstract

Ultrakalte Atome, welche mit den Moden eines optischen Resonators wechselwirken, stellen ein spannendes Objekt für das Studium kollektiver Phänomene dar. Vor wenigen Jahren konnte bereits der Zusammenhang zwischen superradianter Rayleighstreuung und dem kollektiven atomaren Rückstoßlaser hergestellt und der Beweis erbracht werden, dass beide auf dem gleichen Verstärkungsmechanismus beruhen. In dieser Arbeit wird darüber hinaus gezeigt, wie aufgrund der schmalen Resonatorlinienbreite die Besetzung äußerer Freiheitsgrade beeinflusst wird. Durch die Streuung von Photonen fester Frequenzen können die Atome nur bestimmte Impulsmoden besetzen. Dies ist der erste Schritt zur kohärenten Kontrolle der äußeren Freiheitsgrade ultrakalter Atome.

Cold atoms that interact with a mode of an optical resonator constitute an interesting system for the study of collective phenomena. Some years ago, the link between superradiant Rayleigh scattering and the collective atomic recoil laser was demonstrated, showing that both effects are based upon the same gain mechanism. In this thesis, we show that the very narrow width of the cavity resonances influence the external degrees of freedom. Through the scattering of photons at a fixed frequency, atoms occupy only given momentum states. This is the first step towards the coherent control of the external degrees of freedom of cold atoms.