Development of a source of ultracold atoms for cryogenic environments

Abstract

Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des Aufbaues eines Experimentes, das die Kopplung von Mikrowellen-Photonen in einem koplanaren Resonator an von einem Atomchip gefangene, kalte Rubidium Atome zum Ziel hat, durchgefuhrt. Es wurde ein frequenzstabilisiertes Diodenlasersystem aufgebaut und mittels einer Magneto-optischen Falle getestet. Als Besonderheit dieses Laserparks sind die Stabilisierung des Kühllasers über einen Frequencyo set Lock und die Anwendung einer distributed feedback Laserdiode für den Rückpumplaser zu nennen. Weiters wurde an der Entwicklung einer Alternative zu konventionellen Rubidium Quellen, die für kryogene Umgebungen geeignet ist, gearbeitet. Dazu wurde ein theoretisches Modell, das den Verdampfungsprozess einer dünnen Rubidiumschicht durch einen Elektronenstrahl beschreibt, aufgestellt und mittels eines Matlab Programmes ausgewertet.<br />Hauptaufgabe war der Bau einer Anlage zum Testen einer selbstgebauten Feldemissions-Elektronenkanone, deren Charakterisierung und der Versuch der Überprüfung des theoretischen Modelles bei Raumtemperatur.<br />

The present thesis has been carried out in the framework of the buildup of an experiment with the objective of coupling microwave photons in a coplanar transmission line resonator with trapped Rubidium atoms on an Atomchip.<br />A frequency-stabilized diode laser system has been built and then tested with a magneto-optical trap. Noticeable is the stabilization of the cooling laser by a frequency-oset lock and the employment of a distributed feedback laser diode for the repump laser. Moreover the work explaines the development of an alternative to conventional Rubidium sources that is compatible with a cryogenic environment. A theoretical model for the description of the evaporation process of a thin Rubidium layer by an electron beam has been established and evaluated with a Matlab program. The main goal was the experimental set-up for testing a self-made eld emission electron gun, the characterisation of the electron gun and the try of comparing the theoretical model with the experiment for room temperature.