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Laserspektroskopie hochgeladener Ionen an der Heidelberger Elektronenstrahl-Ionenfalle

Mäckel, Volkhard

English Title: Laserpsectroscopy of highly charged ions in the Heidelberg electron beam ion trap

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Abstract

In dieser Arbeit wurde zum ersten Mal ein verbotener Übergang in hochgeladenen Ionen, produziert und gespeichert in einer Elektronenstrahl-Ionenfalle (EBIT), mittels resonanter Laseranregung unter direktem Nachweis der Fluoreszenzphotonen untersucht. Der M1 1s22s22p2 2P3/2-2P3/1-Übergang in borartigem Ar13+ wurde mit einem durchstimmbaren, gepulsten Farbstofflaser angeregt. Die laserinduzierte Fluoreszenz wurde in Abhängigkeit der Laserfrequenz gemessen und somit die Übergangswellenlänge zu 441.25575(17) nm bestimmt. Darüberhinaus wurde die Temperatur der Ionen durch Verdampfungskühlung erheblich gesenkt, so daß ein Auflösungsvermögen von lambda/delta lambda = 15000 erreicht und die Zeemanaufpaltung des Übergangs im Magnetfelds der EBIT aufgelöst werden konnte. Die ermittelten g-Faktoren des 2P1/2- sowie des 2P3/2-Zustands stimmen exzellent mit früheren Resultaten überein. Weiterhin ermöglichte der Einsatz der Laserspektroskopie eine erstmalige Untersuchung der Plasmadynamik von Ionen, die über eine Zeitdauer von mehreren Sekunden magnetisch in einer EBIT gespeichert waren. Die in diesen Untersuchungen erreichte Genauigkeit ist denen der besten Wellenlängenmessungen an hochgeladenen Ionen ebenbürtig. Diese neueMethode eröffnet jedoch einen Zugang zu wesentlich genaueren Messungen bis hin zu neuen optischen Frequenzstandards, die auf verbotenen Übergängen in hochgeladenen Ionen basieren und um Größenordnungen unempfindlicher gegenüber äußere Felder und Störungen sind als Übergänge in Atomen und niedriggeladenen Ionen.

Translation of abstract (English)

This works demonstrates for the first time resonant laser excitation of a forbidden transition n highly charged ions produced and stored in an electron beam ion trap (EBIT) by irectly monitoring the fluorescence photons. The M1 transition 1s22s22p2 2P3/2-2P3/1 of oronlike Ar13+ was excited by means of a tunable, pulsed dye laser. By monitoring the aser-induced fluorescence in dependence of the laser frequency, the transition wavelength as determined to be 441.25575(17) nm. Furthermore, by applying evaporative cooling, the emperature of the ions was considerably reduced, thus increasing the resolving power to lambda/delta lambda = 15000. Thus the Zeeman splitting of the transition due to the magnetic field in the EBIT was resolved. The inferred g factors for the 2P1/2 and 2P3/2 levels are in excellent agreement with earlier experiments. Additionally, the application of laser spectroscopy allowed for the first time investigations of the plasma dynamics ions, stored magnetically in an EBIT over a period extending several seconds. The accuracy achieved in this first investigation is equal to that of the best wavelength measurements in highly charged ions. This new method however opens a path to much higher accuracies up to determining new optical frequency standards based on forbidden transitions in highly charged ions, which are by orders of magnitude more insensitive to external fields and perturbations than transitions in atoms and low-charged ions.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Crespo López-Urutia, Dr. PD José Ramon
Date of thesis defense: 30 June 2010
Date Deposited: 23 Jul 2010 10:00
Date: 2010
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: laserspectroscopy , highly charged ion , electron beam ion trap
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