Heidelberg 1999 – wissenschaftliches Programm

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Q: Quantenoptik

Q 20: Atomoptik I

Q 20.1: Fachvortrag

Dienstag, 16. März 1999, 14:00–14:15, PH5

Kräfte einzelner Photonen auf Atome in einem optischen Hochfinesse-Resonator — •T. Fischer, P. Münstermann, P. Maunz, P.W.H. Pinkse und G. Rempe — Fakultät für Physik, Universität Konstanz, D-78457 Konstanz

Befinden sich Atome in einem Hochfinesse-Resonator, so sind im Bereich der starken Kopplung die Eigenschaften der quantisierten Resonatormode und der Atome nicht mehr zu trennen; vielmehr verschmelzen beide zu einer quantenmechanischen Einheit. Das führt zu einer Normalmodenaufspaltung entarteter Energieniveaus von Resonator und Atomen (Vakuum-Rabi-Aufspaltung). Diese macht sich dadurch bemerkbar, daß im Transmissionsspektrum des gekoppelten Resonator-Atom-Systems nicht mehr die einzelne Linie des leeren Resonators, sondern ein Liniendublett erscheint.

Wir berichten über Experimente, in denen wenige langsame Atome in einer Fontäne in einen Resonator der Finesse von ≈430 000 transferiert werden [1]; dabei wird für schwache Lichtfelder mit mittleren Photonenzahlen bis unter 0,01 die frequenzabhängige Resonatortransmission gemessen. Im Gegensatz zu Experimenten mit thermischen Atomstrahlen [2] ist die beobachtete Normalmodenaufspaltung asymmetrisch. Das läßt sich dadurch erklären, daß wegen der kleinen kinetischen Energie der Atome und der langen Wechselwirkungszeit mit der Resonatormode Lichtkräfte einen starken Einfluß auf die Bewegung der Atome ausüben. Diese Schlußfolgerung wird durch Messungen zur Intensitätsabhängigkeit der Aufspaltung untermauert.

[1] P. Münstermann et al., Opt. Comm. (Im Druck)

[2] z.B. R.J. Thompson et al,  Phys. Rev.  Lett. 68, 1132 (1992)