Optisches Pumpen

  • Versuchsbeginn: 9:00 Uhr
  • Versuchsstandort: S2|07 Raum 210
  • Betreuer: C. Stock

Übersicht

Optisches Pumpen ist eine sehr vielseitige und daher in der modernen Optik alltäglich anzutreffende und unverzichtbare Technik. Es findet seine wohl prominenteste Anwendung bei der Erzeugung einer Besetzungsinversion zur Realisierung eines Lasers. Ganz allgemein wird es aber auch verwendet um eine gezielte Änderung von Besetzungszahlen zu erzeugen. Das dient unter anderem der Präparation von Systemen, die später zur Lichtspeicherung oder als Qubits verwendet werden.

Viel älter und eine der ersten Anwendungen von optischen Pumpen ist aber die Spektroskopie von atomaren Energiezuständen in einem Energiebereich, der der direkten optischen Beobachtung nicht zugänglich ist. In schwachen Magnetfeldern sind die Besetzungszahldifferenzen zwischen den Zeeman-Niveaus im Grundzustand von Rubidium verschwindend gering, da der Energieabstand zwischen diesen Niveaus weniger als 10-8 eV beträgt. Die Kopplung der Zeeman-Niveaus durch ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld führt daher zu keiner weiteren Änderung der Besetzungszahlen und eignet sich somit nicht unmittelbar zur Spektroskopie.

Durch optisches Pumpen kann aber eine von der thermischen Gleichgewichtsbesetzung stark abweichende Besetzung erzielt werden. Dabei wird Rubidiumdampf in einer Absorptionszelle mit der zirkular polarisierten Komponente des D1-Lichts aus einer Rubidiumlampe bestrahlt. Die Besetzung der Zeeman-Niveaus richtet sich nach der Polarität des einfallenden Lichts. Bei Einstrahlung des hochfrequenten magnetischen Wechselfeldes beobachtet man dann die Änderung der Transparenz des Rubidiumdampfes für Rubidium-D1-Licht in Abhängigkeit der Frequenz des magnetischen Wechselfeldes. Dadurch wird die Zeeman-Aufspaltung und schließlich der Kernspin von Rubidium 85 und 87 bestimmt.

Literatur

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