Dynamische Instabilität eines Bose-Einstein Kondensats in einem optischen Ringresonator

Abstract

Thema der Dissertation ist die Wechselwirkung eines Bose-Einstein Kondensats mit den Lichtmoden eines optischen Ringresonators. Der Ringresonator ermöglicht die definierte Interaktion des Kondensats mit zwei unabhängigen Lichtmoden, die den Resonator in entgegengesetzte Richtungen durchlaufen. Dieses System eignet sich hervorragend für die Untersuchung fundamentaler, kollektiver Wechselwirkungseffekte zwischen Licht und Materie. Die durch das Lichtfeld vermittelte langreichweitige Wechselwirkung stellt eine globale Kopplung zwischen den Atomen her, die zu einem dynamischen, instabilen Verhalten des Systems führen kann. Hierbei wird Licht, das einseitig in den Resonator eingekoppelt wird, durch kohärente Umstreuung an den Atomen zwischen den gegenläufigen Resonatormoden ausgetauscht. Diese Umstreuung führt zu einem selbstverstärkenden Strukturierungsprozess der atomaren Dichteverteilung, dessen Effizienz entscheidend durch die Wahl der Verstimmung zwischen Laserfrequenz und einer Resonanzfrequenz des Resonators beeinflusst werden kann. Infolgedessen weist das gemessene Stabilitätsdiagramm eine starke Asymmetrie auf. Die Arbeit behandelt, neben den experimentellen Methoden, sowohl ein quantenmechanisches-, als auch ein vollständig klassisches Modell, die Aufschluss über die Ursache der beobachteten Asymmetrie geben.