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High-resolution Doppler laser spectroscopy of the laser cooling candidate La‾

Jordan, Judith Elena

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Abstract

The bound-bound transition from the 5d²6s² ³F_2 ground state to the 5d6s²6p ³D_1 excited state in negative lanthanum has been proposed as a candidate for laser cooling, which has not yet been achieved for negative ions. Anion laser cooling holds the potential to allow the production of ultracold ensembles of any negatively charged species. In this work the aforementioned transition was studied in a beam of negative La ions by high-resolution laser spectroscopy. The center-of-gravity frequency of the transition was measured to be 96.592 80(10) THz. Seven of the nine expected hyperfine structure resonances were resolved. The observed peaks were unambiguously assigned to the predicted hyperfine transitions by a fit. From the determined hyperfine structure for this transition it was concluded that only three lasers would be required to cool and re-pump all hyperfine levels. Furthermore, the observed relative transition amplitudes suggest that in resonance the transitions are saturated at a laser power of 45 W/m². A rough estimate of the transition cross section confirms that La‾ is a promising candidate for the first laser cooling of negative ions.

Translation of abstract (German)

Der Übergang zwischen dem 5d²6s² ³F_2 Grundzustand und dem gebundenen angeregten 5d6s26p 5d6s²6p ³D_1 Zustand des negativen Lanthan-Ions wurde zum Laserkühlen vorgeschlagen, was bis zum heutigen Tag für negative Ionen noch nie erfolgreich durchgeführt wurde. Das Laserkühlen von negativen Ionen hat das Potential, ultrakalte Ensembles von beliebigen negativen Ionen zu erzeugen. In dieser Arbeit wird der oben genannte Übergang an einem Ionentrahl aus negativen Lanthan-Ionen mittels hochaufgelöster Laserspektroskopie untersucht. Für die Schwerpunktsfrequenz des Übergangs ergab die Messung 96.592 80(10) THz. Sieben der neun zu erwartenden Hyperfeinstrukturübergänge wurden aufgelöst. Die beobachteten Resonanzen wurden durch einen Fit eindeutig den vorausgesagten Hyperfeinübergängen zugeordnet. Aus der ermittelten Hyperfeinstruktur wurde geschlossen, dass für das Kühlen und Rückpumpen aller Hyperfeinzustände nur drei Laserfrequenzen benötigt würden. Weiterhin deuten die beobachteten relativen Übergangsamplituden darauf hin, dass die Resonanzen bei einer Laserintensität von 45 W/m² bereits gesättigt sind. Eine grobe Abschätzung des Wirkungsquerschnitts für die Anregung bestätigt, dass La‾ ein guter Kandidat für die erste Laserkühlung von negativen Ionen ist.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Kellerbauer, Priv.-Doz. Dr. Alban
Date of thesis defense: 24 November 2015
Date Deposited: 09 Dec 2015 09:17
Date: 2015
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
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