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Manipulation kohärenter Superpositionen in Schwefelkohlenstoff

Depenheuer, Daniel :
Manipulation kohärenter Superpositionen in Schwefelkohlenstoff.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2010)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Manipulation kohärenter Superpositionen in Schwefelkohlenstoff
Language: German
Abstract:

Die Manipulation kohärenter Superpositionen spielt in vielen Experimenten eine Rolle. Insbesondere ist es eine Herausforderung, bei diesen Manipulationen Dekohärenz und Dephasing Effekte zu vermeiden, da diese die kohärenten Superpositionen zerstören bzw. in der Detektion unsichtbar machen. In der vorliegenden Arbeit wird ein Experiment vorgestellt, in dem kohärente Superpositionen in Schwefelkohlenstoff angeregt und mittels Quantenbeatspektroskopie detektiert werden. Für dieses Experiment wurde ein Ti:Saphir Lasersystem entwickelt, das Laserpulse mit einer Länge von 10ns bis 30ns (je nach Emissionswellenlänge) und Energien im Bereich einiger mJ zur Verfügung stellt. Injection Seeding mit einem schmalbandigen Diodenlaser ermöglicht den Betrieb am Fourier-Limit. Durch die Nutzung nichtlinearer Frequenzkonversionsprozesse lässt sich der spektrale Abdeckungsbereich erheblich steigern. Aufgrund der stabilen Buildupzeit lassen sich nicht nur höhere Harmonische erzeugen, sondern auch Summen- und Differenzfrequenzen zwischen dem Puls des Ti:Saphir Lasers und dem des Pumplasers. So lassen sich Wellenlängen zwischen 190nm und 6000nm erreichen. Die Experimente mit Schwefelkohlenstoff werden in einem Überschallmolekülstrahl durchgeführt, um den Zustand der Moleküle vor dem Experiment hinreichend genau zu definieren und während des Experiments wechselwirkungsfreie Bedingungen zur Verfügung zu stellen. Durch die adiabatische Expansion des Molekülstrahls ins Vakuum werden die Moleküle rotatorisch und vibratorisch stark gekühlt. Vibratorisch ist beinahe ausschließlich der Grundzustand besetzt, während rotatorisch noch einige wenige weitere Zustände besetzt sind. Die eigentliche Manipulation der kohärenten Superpositionen geschieht durch das Ein- und Ausschalten von elektrischen und magnetischen Feldern. Dies verändert die Energieaufspaltung der Niveaus durch Zeeman- bzw. Stark-Effekt, was die relative Phasenevolution der Unterzustände beeinflusst. Die relative Phase kann so eingefroren und die Phasenevolution später fortgesetzt werden. In der Arbeit konnten frühere Experimente mit Magnetfeldern nachvollzogen und das Zeitverhalten vollständig erklärt werden. Weiter war es möglich, die Experimente auf elektrische Felder zu übertragen. Es handelt sich hierbei um die ersten Experimente dieser Art.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The manipulation of coherent superpositions is important in many experiments. In these experiments it is especially important to avoid decoherence and dephasing effects. These destroy the coherent superpositions or make them invisible in detection. This thesis presents experiments creating coherent superpositions in carbon disulfide and detecting them due to quantum beat spectroscopy. For these experiments a Ti:sapphire laser system was developed which provides laser pulses of a length of 10ns to 30ns (depending on the emission wavelength) as well as energies of a few mJ. By applying injection seeding the linewidth of the laser is reduced to the Fourier transform limit. Utilizing nonlinear frequency conversion it is possible to increase the spectral coverage. As the buildup time of the laser system is very stable it is possible to use sum and difference frequency generation of the Ti:sapphire laser pulse with the pump pulse as well as higher harmonic generation. With these a spectral coverage from 190nm to 6000nm can be achieved. The quantum beat spectroscopy experiments are performed in a supersonic jet that prepares the molecules in a well defined state as well as providing collision less conditions during the experiment. The adiabatic expansion of the jet into the vacuum cools down the molecules. Nearly all of them are in the vibronic ground state while they are at least near the rotational ground state. The experiments manipulating the coherent superpositions are performed utilizing switched electric and magnetic fields. These change the energy separation of the states by the Zeeman or Stark effect. Therefore the relative phase evolution of the states is influenced. The phase evolution can be stopped and restarted at the position it was stopped by turning the field off and on again. In this thesis previous experiments manipulating coherent superpositions using magnetic fields could be reproduced. Disambiguities in these experiments could be resolved. These experiments could be transfered to electric fields which were the first experiments of this kind.English
Uncontrolled Keywords: Quantenoptik, Quantenbeats, Schefelkohlenstoff, kohärente Superposition
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Quantenoptik, Quantenbeats, Schefelkohlenstoff, kohärente SuperpositionGerman
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: Fachbereich Physik
Date Deposited: 30 Jun 2010 10:55
Last Modified: 07 Dec 2012 11:57
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-22154
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Walther, Prof. Dr. Thomas and Birkl, Prof. Dr. Gerhard
Refereed: 21 June 2010
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/2215
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