Quanteninterferenzeffekte in atomaren Systemen mit geschlossenem Anregungsschema

Unter bestimmten Umständen können gleichzeitig mit Hilfe von Laserlicht angeregte Übergänge in einem Atom interferieren. Eine derartige Quanteninterferenz bewirkt zahlreiche interessante Phänomene und kann in der Laser-, Atom- und Molekülphysik ausgenützt werden. Destruktive Quanteninterferenzen bewirken, daß die Atome das Mehrfrequenz-Licht nicht absorbieren können, obwohl sie mit jeder einzelnen Frequenz resonant wechselwirken können. Daher kann das Laserlicht verlustfrei in einem Medium, bestehend aus "dunklen Atomen", laufen. Dieser Effekt wird "Elektromagnetisch induzierte Transparenz" genannt und zeigt eine sehr scharfe Frequenzabhängigkeit, die in Anwendungen wie Präzisions-Magnetometrie, nichtlinearer Optik usw. ausgenützt wird. Im Speziellen wurde im Rahmen dieses Projekts die Wechselwirkung von Drei- oder Vierfrequenz-Laserlicht mit einem optisch dichten Ensemble von Atomen untersucht, in dem die strahlungs-induzierten Übergänge ein geschlossenes Anregungssystem bilden. In solchen Systemen hängt EIT nicht nur von der relativen Frequenz der beteiligten Lichtfelder, sondern auch von ihrer relativen Phase und relativen Intensität ab. Daher öffnen sich weitere Möglichkeiten für die Manipulation der Atome, aber auch der Lichtfelder. Phasenabhängige EIT wurde im Projektantrag vorhergesagt und während der Durchführung theoretisch untersucht und erstmalig experimentell nachgewiesen. Daß die Absorption eines Mediums mit Hilfe der Phase eines Lichtfelds beeinflußt werden kann, wurde vorher noch nie beobachtet, und könnte Anwendungen für Präzisionsmessungen haben und die Basis für neue opto-elektronische Bauelemente bilden. Weiters wurde gezeigt, daß durch EIT die nichtlinear-optische Erzeugung von Strahlung mit hoher Effizienz und sehr geringer Schwellen-Intensitität vorgenommen werden kann. Experimentell wurde die Entstehung von sogenannten Raman-Seitenbändern beobachtet, und zwar schon bei einer eingestrahlten Leistung von nur 10 Mikrowatt. Diese Beobachtung ist ein wichtiger Schritt hin zu einer nichtlinearen Optik unter Beteiligung von nur wenigen Photonen. Im theoretischen Teil der Untersuchungen wurde weiters eine Möglichkeit zur Erzeugung von Dauerstrich-Terahertz-Strahlung angegeben. Ein weiterer Teil der experimentellen Arbeiten war mit der Korrelation des Rauschens zweier Frequenzkomponenten von Mehrfrequenz-Laserlicht verbunden. Im EIT-Bereich konnte die Übertragung von künstlich erzeugtem Phasenrauschen auf eine andere, nicht verrauschte Frequenzkomponente nachgewiesen werden, und zwar für geschlossene und offene Anregungssysteme. Dieser Arbeiten sind ein wichtiger Schritt hin zu fundamentalen Studien der Quantenphysik.