Evaporative cooling of one-dimensional Bose gases

Abstract

Evaporatives Kühlen ist eine Standardtechnik um neutrale Atome auf Temperaturen im nK Bereich abzukühlen. Dieser Prozess ist für effektiv niedrig-dimensionale Fallenpotentiale jedoch noch nicht verstanden. In dieser Arbeit werden experimentelle Messungen präsentiert, die das evaporative Kühlen von eindimensionalen Bosegasen im Quasikondensatregime charakterisieren. Die Resultate werden im Kontext eines neuen theoretischen Modells von Grisins et al. diskutiert, welches entwickelt wurde um diesen Prozess zu beschreiben. Des Weiteren wird die Implementierung und Optimierung eines neuen Radiofrequenzsystems beschrieben, welches zur Durchführung der Messungen verwendet wurde.<br />Die Arbeit behandelt des weiteren den Aufbau und die Implementierung eines neuen Absorbtionsabbildungssystems, welches speziell dazu entwickelt wurde um Nicht-Gleichgewichtsdynamiken der Phasenfluktuationen von eindimensionalen Quasikondensaten zu untersuchen. Die Besonderheit diese Systems liegt darin, dass das Abbildungslicht von dem Atomchip reflektiert wird, einer mikrofabrizierten Goldoberfläche die zum magnetischen fangen der Atome verwendet wird. In diesem Zusammenhang wird eine neue Technik beschrieben die mit Hilfe eines fokussierten Abbildungslichtstrahl die Entstehung eines virtuellen zweiten Bildes durch diese Reflexion verhindert. Die Arbeit zeigt das vollkommen Verschwinden des virtuellen Bildes, was eine signifikante Verbesserung der Qualität des primären reellen Bildes zur Folge hat.<br />

Evaporative cooling is a standard experimental technique used to cool samples of neutral atoms into the sub-µK regime. However, for effectively lower dimensional trapping geometries the cooling process is not understood. In this thesis, experimental measurements are presented characterising the evaporative cooling of one-dimensional Bose gases in the quasi-condensate regime. The results are discussed in the context of a new theory modelling this process developed by Grisins et al.. In addition, details are given of the implementation and optimisation of the new radio-frequency electronics setup used for the evaporative cooling measurements.<br />The thesis also discusses the design and implementation of a new absorption imaging system, specially designed for investigating the non-equilibrium dynamics of phase fluctuations in one-dimensional quasi-condensates. The distinctive feature of this system is that the imaging light is retro-reflected by the atomchip, a micro-fabricated gold surface used for magnetic trapping of the atoms. A novel technique is described that uses a focused imaging beam to avoid the unwanted virtual image stemming from this reflection. The clear advantages of the new imaging system are discussed and experimental images are presented showing the eradication of the virtual image and therefore a significant reduction in noise on the primary image of interest.<br />