Präsentation herunterladen
1
Das neue Frequenznormal am METAS
Gregor Dudle Zeit- und Frequenzlabor, EAZ
2
Menu Atomfrequenznormale Laserkühlung METAS-ON Springbrunnen Prinzip
Ramsey Kavität Laserkühlung Prinzip der Dopplerkühlung Limite Temperaturmessung METAS-ON Springbrunnen Design Stabilitätsmessungen
3
Atomfrequenznormale
4
Prinzip einer Uhr ? Atomfrequenznormale
5
Prinzip einer Uhr ? Atomfrequenznormale
6
Prinzip einer Uhr ? Atomfrequenznormale
7
Definition der SI-Sekunde
ist das fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids Cs133 entsprechenden Strahlung (XIII CGPM 1967) Atomfrequenznormale
8
Energieniveaus eines Cäsiumatoms
Atomfrequenznormale
9
Abtasten der Atome Atomfrequenznormale
10
Abtasten der Atome Atomfrequenznormale
11
Abtasten der Atome Atomfrequenznormale
12
Abtasten der Atome Atomfrequenznormale
13
Abtasten der Atome Atomfrequenznormale
14
Abtasten der Atome Referenz Atomfrequenznormale Oszillator
15
Ramsey Kavität Atomfrequenznormale Mikrowelle
16
Ramsey Kavität Atomfrequenznormale TL muss so gross wie möglich sein
17
Grosse Interaktionszeit
Sehr lange Kavität Mechanisch schwierig Weg der Atome schlecht kontrolliert Langsame Atome Mechanisch kompakter, einfacher Ausbeute bei thermischen Atomen sehr klein (1950 J.R. Zacharias, MIT ohne Erfolg) Laserkühlung Atomfrequenznormale
18
Grosse Interaktionszeit
Sehr lange Kavität Mechanisch schwierig Weg der Atome schlecht kontrolliert Langsame Atome Mechanisch kompakter, einfacher Ausbeute bei thermischen Atomen sehr klein (1950 J.R. Zacharias, MIT ohne Erfolg) Laserkühlung Atomfrequenznormale
19
Laserkühlung
20
Entwicklung der Laserkühlung
1975 Theoretisches Model "Doppler Cooling" (Hänsch) Limite für Cs-Atome 127 mK 1985 Experiment (USA) 1988 Temperaturen unter 127 mK beobachtet (NIST, USA) 1989 Theoretische Model für sub-Doppler (ENS, Paris; Stanford) 1990 Erste Anwendung in Zeitmetrologie (ENS-LPTF, Paris) 1993 Erste kalte Atome in der Schweiz (Observatoire Cantonal NE) 1997 Nobelpreis für Lasercooling (Cohen, Chu, Phillips) Laserkühlung
21
Prinzip Absorption eines Photons und Übergang in angeregten Zustand
Laserkühlung Absorption eines Photons und Übergang in angeregten Zustand Rückkehr in Grundzustand unter isotroper Abstrahlung des Photons
22
Prinzip Absorption eines Photons und Übergang in angeregten Zustand
Laserkühlung Absorption eines Photons und Übergang in angeregten Zustand Rückkehr in Grundzustand unter isotroper Abstrahlung des Photons
23
Prinzip Absorption eines Photons und Übergang in angeregten Zustand
Laserkühlung Absorption eines Photons und Übergang in angeregten Zustand Rückkehr in Grundzustand unter isotroper Abstrahlung des Photons
24
Mathematische Beschreibung
Intensität Laser Geschwindigkeit Atom Frequenzoffset Atom-Laser Laserkühlung
25
Kraft vs. Geschwindigkeit - 1 Laserstrahl
Laserkühlung
26
Kraft vs. Geschwindigkeit - 2 Laserstrahlen
F(v) = - a v Laserkühlung Molasses
27
Kühlen oder bremsen ? Maxwell Verteilung Laserkühlung
28
Wie kalt können die Atome werden ?
Bei jeder Abstrahlung eines Photons erfährt das Atom einen Rückstoss Random-Walk Minimum pour D = -G/2 Laserkühlung Limite „Doppler“
29
Wie misst man die Temperatur ?
Laserkühlung
30
Wie misst man die Temperatur ?
Laserkühlung
31
Wie misst man die Temperatur ?
Laserkühlung
32
Wie misst man die Temperatur ?
Laserkühlung
33
Wie misst man die Temperatur ?
Laserkühlung
34
Wie misst man die Temperatur ?
Laserkühlung
35
vL L TL Df Thermischer Strahl 100 m/s 1 m 10 ms 50 Hz
Lasergekühlter Strahl 0-3 m/s .5 m 500 ms 1 Hz Laserkühlung
36
METAS - ON Springbrunnen
37
Anvisiertes Ziel Kontinuierlicher Strahl lasergekühlter Cäsiumatome
Kollisionseffekte sehr kleins Kurzzeitstabilität: 7·10-14 t-1/2 Accuracy:
38
Springbrunnen: Prinzip
Abtasten Laserkühlung/ Abwurf Springbrunnen Detektion
39
Springbrunnen: Prinzip
Abtasten Laserkühlung/ Abwurf Springbrunnen Detektion
40
Springbrunnen: Prinzip
Abtasten Laserkühlung/ Abwurf Springbrunnen Detektion
41
Springbrunnen: Realisierung
1 m Flugbahn Magnetische Abschirmung Mikrowellen- Kavität Springbrunnen Detektion Quelle
42
Springbrunnen: Details
Mikrowellen-Kavität 56 mm
43
Optischer Aufbau 4 Diodenlaser, 1 MOPA l = 852 nm
Linienbreite < 100 kHz ca. 400 mW Polarisations-erhaltende Glasfasern
44
Quelle 4 45° Strahlen 1 retroreflektierter Strahl
Abwurfgeschw. 3.8 m/s ca 200‘000 at/s detektiert
45
Blick ins Labor 1997 Design und Aufbau 1998 Kalte Atome
2000 Erste Ramsey-Fringes 2001 Erste Stabilitätsmessung 2002 Transfer nach Wabern Springbrunnen
46
Ramsey fringes Springbrunnen
47
Ramsey fringes
48
Stabilitätsmessung
49
Wo stehen wir Design und Aufbau Kontinuierlicher Strahl kalter Atome
Ramsey-Fringes Stabilitätsmessungen Genauigkeits-Evaluation Vergleich mit andern Frequenz Primär Standards
50
Wo stehen die anderen LPTF (F): mehrere Exemplare funktionieren
PTB (D): evaluiert NIST: evaluiert "Kurz vor Abschluss" IEN, NPL, NRC,
51
Hauptdarsteller Pierre Thomann J.-F. Léchenne, Konstrukteur
René Maurer, Mechaniker Alain Joyet, Doktorand Natascia Castagna, Doktorandin Gaetano Mileti, Physiker Cipriana Mandache, Post-Doc (Rumänien)
52
Zusammenfassung Prinzip eines passiven Atomfrequenznormals
Vorteil von langen Interaktionszeiten Prinzip der Laserkühlung Design des kontinuierlichen METAS-ON Springbrunnens Ramsey-Fringes und Stabilitätsresultate
Ähnliche Präsentationen
© 2024 SlidePlayer.org Inc.
All rights reserved.