Quanteneigenschaften von hybriden Atom-Licht Zuständen

• Applicant: Professor Dr. Martin Weitz
• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: from 2009 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 110058830

• Final Report Year: 2013

Final Report Abstract

Dunkelzustands-Polaritonen sind Mischzustände einer photonischen sowie einer (dunklen) kollektiven atomaren Spinwellenanregung und können in Gasen mit elektromagnetisch induzierter Transparenz beobachtet werden. Eine der interessantesten Eigenschaften dieser langlebigen Mischzustände ist die Möglichkeit von extrem reduzierten optischen Gruppengeschwindigkeiten („langsames Licht“). Ziel des Vorhabens war die Erforschung von Quanteneigenschaften dieser gekoppelten Atom-Licht-Anregungen. Es wurde die nichtdispersive Lichtablenkung eines optischen Strahls in einem Stern-Gerlach Magnetfeld unter Bedingungen der elektromagnetisch induzierten Transparenz beobachtet. Dabei wurde ein laufender Lichtpuls als Spinwelle in einem atomaren Medium gespeichert, was durch Überführung des Atom-Licht Mischzustands in einem vollständig atomaren Anteil möglich ist. Ein angelegtes magnetisches Gradientenfeld prägt der Spinwelle einen Phasengradienten auf, der bei Wiederbeschleunigung des Lichts zu einer Winkelablenkung führt. Die beobachtete Ablenkung während der Speicherphase ist nichtdispersiv, hängt also nicht von der optischen Gruppengeschwindigkeit im Medium ab. Damit unterscheidet sich die Dispersion von gespeicherten Dunkelzustands-Polaritonen erheblich von dem im propagierenden Zustand. Auch gelang im Rahmen des Vorhabens die Beobachtung eines Einrastens der optischen Differenzfrequenz bei der Lichtspeicherung im Dreiniveausystem, was Anwendungen in der Frequenz-Metrologie sowie Messungen von Magnetfeldern ermöglichen kann. Des Weiteren wurden Arbeiten zur Messung einer Aharonov-Casher Phase für langsames Licht sowie zur Spektroskopie mehrkomponentiger Dunkelzustands-Polaritonen durchgeführt.

Publications

• “Frequency matching in light storage spectroscopy of atomic Raman transitions”, Phys. Rev. Lett. 103, 093601 (2009)
  L. Karpa, G. Nikoghosyan, F. Vewinger, M. Fleischhauer und M. Weitz
  
• “Nondispersive optics using storage of light“, Phys. Rev. A 81, 041802(R) (2010)
  L. Karpa und M. Weitz
  
• „Aharonov-Casher effect for dark state polaritons“, Verhandl. DPG (VI) 48, Q35.92 (2013)
  V. Djokic, F. Vewinger und M. Weitz