Σε αναλογία με τα οπτικά λέιζερ τα οποία είναι πηγές που παράγουν
σύμφωνα φωτόνια, τα ατομικά λέιζερ παράγουν σύμφωνα υλικά κύματα. Οι
μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή των ατομικών λέιζερ θέτουν ένα
φυσικό όριο στην μέγιστη ροή ατόμων που μπορεί να επιτευχθεί. Σκοπός αυτής
της διατριβής είναι η εφαρμογή μιας διαφορετικής μεθόδου η οποία καταργεί το
προαναφερθέν φυσικό όριο και οδηγεί στην παραγωγή ατομικών λέιζερ με πολύ
υψηλότερες ροές. Η μέθοδος αυτή βασίζεται στην εφαρμογή ισχυρής rf
ακτινοβολίας με την οποία μπορούμε να μεταφέρουμε αδιαβατικά όλα τα άτομα
του συμπυκνώματος στην δέσμη του ατομικού λέιζερ και έτσι να πετύχουμε
μεγαλύτερες ροές.
Για να το καταφέρουμε αυτό φιάξαμε μια διάταξη που παράγει
Συμπυκνώματα Bose-Einstein μεγάλου αριθμού ατόμων. Σημαντικό σημείο της
διάταξης αποτελεί η πρωτότυπη μαγνητική παγίδα η οποία είναι τύπου Ioffe-
Pritchard και παράγει, για δεδομένη ηλεκτρική ισχύ, πολύ μεγαλύτερες κλίσεις
πεδίων σε σχέση με την κλασική παγίδα Ioffe-Pritchard. Έμφαση επίσης δόθηκε
και στην κατασκευή του συστήματος λέιζερ ώστε να είναι αξιόπιστο καθώς είναι
ένα περίπλοκο σύστημα με ανώτερα χαρακτηριστικά (σύστημα πολλών
συχνοτήτων, με δυνατότητα λεπτού χειρισμού της συχνότητας και γραμμή πολύ
μικρού εύρους καθώς και μεγάλης έντασης). Το αποτέλεσμα ήταν μια διάταξη που
μπορεί να παράγει ΒΕCs με αρκετά μεγάλο αριθμό ατόμων, της ταξης των 106
ατόμων.
Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, και αφού έχουμε ψύξει τα άτομα έως μια
συγκεκριμένη θερμοκρασία χρησιμοποιώντας οπτικές και μαγνητο-οπτικές
μεθόδους, τα μεταφέρουμε στην μαγνητική παγίδα όπου εφαρμόζουμε την ισχυρή
rf ακτινοβολία. Για μεγάλες συχνότητες η παγίδα δεν υφίσταται καμία αλλαγή.
Καθώς ελαττώνουμε τη συχνότητα, το φράγμα δυναμικού ελαττώνεται και τα πιο
θερμά άτομα δραπετεύουν από την παγίδα, και έτσι η μέση θερμοκρασία του
νέφους ελαττώνεται, ώσπου επέρχεται συμπύκνωση. Αν ελαττώσουμε τη
συχνότητα παραπάνω, όταν το φράγμα γίνει ίσο με το χημικό δυναμικό, τα άτομα
αρχίζουν να εξέρχονται από τον πάτο του BEC και το ατομικό λέιζερ δημιουργείται.
Το σημαντικό της μεθόδου είναι ότι όλα τα άτομα εισέρχονται στο λέιζερ, οπότε η
ροή που πετυχαίνουμε είναι μεγαλύτερη. Καταφέραμε έτσι να παράγουμε ατομικά
λέιζερ με ροές 7 φορές μεγαλύτερες σε σχέση με τις παραδοσιακές μεθόδους.
(EL)
As the optical lasers are sources of coherent photons, the atom lasers are
sources of coherent matterwaves. The methods used for the production of the
atom lasers pose constraints thus limiting the maximal flux. Aim of this thesis is the
application of a novel method that removes those constraints and leads to atom
lasers with much higher fluxes. This method is based on a strong rf field, with
which we can transfer adiabatically all the atoms of the BEC to the atom laser and
thus achieve higher fluxes.
In order to do that, we built a setup that can produce BECs with a large
number of atoms. Key point of the setup is the novel magnetic trap that for a given
power gives much higher gradients with respect to the traditional Ioffe-Pritchard
trap. Furthermore, emphasis was given on the laser system, since it is a
complicated system with superior characteristics (multi frequency with fine tuning,
narrow linewidth and high power). The result was a setup able to give relatively
large BECs, with atom number around 106.
During the experimene, and after we have precooled the atoms using optical
and magnetooptical methods, we transfer them to the magnetic trap where we
apply the strong rf. For high rf frequencies, the trap feels no change. As we lower
the frequency, the trap depth decreases and the most energetic atoms escape
from the trap. Like that the mean temperature decreases until BEC occurs. If we
decrease the frequency even further, when the trap depth reaches the chemical
potential, an atom laser emerges. What is important about this method, is that all
the atoms enter the atom laser beam, and thus higher fluxes are achieved. We
managed like that to produce atom lasers with fluxes 7 times higher than with the
traditional methods.
(EN)
