Hohlraumsonde zur Echtzeitdetektion der Atomdynamik in einem optischen Gitter

Robert D. Niederriter, Chandler Schlupf, Paul Hamilton

Abstrakt

Wir schlagen Echtzeit-QED-Messungen im Subwellenlängenbereich zur räumlichen Verteilung von Atomen in einem optischen Gitter vor und demonstrieren diese. Atome, die anfänglich in einer „Falle“ (einer stehenden Welle eines optischen Resonatormodus) eingeschlossen sind, werden mit einer zweiten „Sonde“ (einer stehenden Welle) abgetastet. Bei einer Frequenzverschiebung um einen freien Spektralbereich fallen die Knoten der Falle auf die Bäuche der Sonde in den zehn Gitterplätzen um das Zentrum des Resonators. Diese gitterplatzunabhängige Atom-Resonator-Kopplung ermöglicht die hochempfindliche Detektion der Atomdynamik, selbst wenn die Atome über viele Gitterplätze verteilt sind. Zur Demonstration messen wir die Temperatur von Atomensembles im Bereich von 20–70 K innerhalb von zehn Sekunden, indem wir ihre Ausdehnung um 100 nm nach plötzlicher Freisetzung aus dem Fallengitter beobachten. Die Atom-Resonator-Kopplung prägt die Atomdynamik der Sondentransmission ein. Die neue Technik ermöglicht eine verbesserte zerstörungsfreie Detektion von Bloch-Oszillationen und anderer Atomdynamiken in optischen Gittern.