Räumliche Vektorinstabilitäten in der nichtlinearen Optik: die magneto-optisch induzierte Aufspaltung eines Laserstrahls in atomaren Dämpfen
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1996
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INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
2 STAND DER UNTERSUCHUNGEN 5
2.1 DAS EXPERIMENT VON
TAM UND HAPPER . 5
2.1.1 EXPERIMENTELLER AUFBAU. 5
2.1.2 EXPERIMENTELLE BEOBACHTUNGEN 5
2.1.3 INTERPRETATIONSANSATZ. 6
2.2 WEITERFUEHRENDE UNTERSUCHUNGEN. 8
2.2.1 MODIFIKATION DES EXPERIMENTS VON
TAM UND HAPPER. 8
2.2.2 EXPERIMENTELLE BEOBACHTUNG VON ZYLINDERSYMMETRISCHEN STRUKTUREN 8
2.2.3 MODELLIERUNG NACH
MCCORD . 9
2.2.4 SIMULATION DER ZYLINDERSYMMETRISCHEN STRUKTUREN. 10
2.2.5 AUSWIRKUNGEN VON POLARISATIONSINHOMOGENITAETEN. 10
2.2.6 WECHSELWIRKUNG ZWEIER GEGENSINNIG ZIRKULAR POLARISIERTER
LICHTFELDER 11
2.3 FAZIT. 12
3 DAS EXPERIMENT 13
3.1 PRAEPARATION DES EINGANGSSTRAHLS. 13
3.1.1 LASERLEISTUNG. 14
3.1.2 LASERFREQUENZ. 15
3.1.3 LAGE UND GROESSE DER STRAHLTAILLE. 15
3.1.4 TRANSVERSALES STRAHLPROFIL. 17
3.1.5 POLARISATION. 19
3.2 WECHSELWIRKUNG. 20
3.2.1 PUFFERGASART. 21
3.2.2 PUFFERGASDRUCK . 22
3.2.3 TEILCHENZAHLDICHTE DES NATRIUMDAMPFES. 23
3.2.4 LAENGE DER WECHSELWIRKUNGSZONE. 23
3.2.5 MAGNETFELD . 24
3.3 ANALYSE DES TRANSMITTIERTEN LICHTS. 24
3.3.1 POLARISATIONSSELEKTIVE AUFNAHME DER TRANSVERSALEN
INTENSITAETSVERTEILUNG 24
3.3.2 POLARISATIONSSELEKTIVE MESSUNG DER LEISTUNG.26
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN
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11
INHALTSVERZEICHNIS
3.4 UNTERSUCHUNG DES ANSCHALTVERHALTENS. 28
3.4.1 SCHNELLES ANSCHALTEN DES LASERSTRAHLS. 28
3.4.2 ZEITAUFGELOESTE MESSUNG DER TRANSMITTIERTEN LEISTUNG. 28
3.4.3 ZEITAUFGELOESTE AUFNAHME DER TRANSMITTIERTEN INTENSITAETSVERTEILUNG
. 28
4 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE 31
4.1 KLASSIFIZIERUNGEN . 31
4.2 BEDINGUNGEN FUER DAS AUFTRETEN EINER STRAHLAUFSPALTUNG. 33
4.2.1 ABHAENGIGKEIT VON DER POLARISATION. 33
4.2.2 ABHAENGIGKEIT VON DER PUFFERGASART. 33
4.2.3 ABHAENGIGKEIT VOM PUFFERGASDRUCK. 35
4.2.4 ABHAENGIGKEIT VON DER LAGE UND DER GROESSE DER STRAHLTAILLE
. 36
4.2.5 ABHAENGIGKEIT VON DER LASERLEISTUNG. 37
4.2.6 ABHAENGIGKEIT VON TEILCHENZAHLDICHTE UND FREQUENZVERSTIMMUNG . . 37
4.2.7 ABHAENGIGKEIT VOM MAGNETFELD. 39
4.3 CHARAKTERISTISCHE SZENARIEN. 41
4.3.1 VARIATION DER TEILCHENZAHLDICHTE UND DER FREQUENZVERSTIMMUNG . .
41
4.3.1.1 STRAHLAUFSPALTUNG BEI NICHTVERSCHWINDENDER TRANSVERSALER
MAGNETFELDKOMPONENTE. 41
4.3.1.2 STRAHLAUFSPALTUNG BEI VERSCHWINDENDER TRANSVERSALER MA
GNETFELDKOMPONENTE . 43
4.3.2 VARIATION DES MAGNETFELDES. 45
4.3.2.1 ABHAENGIGKEIT VON DER TRANSVERSALEN MAGNETFELDKOMPONENTE 45
4.3.2.2 UEBERSICHT UEBER DIE MAGNETFELDABHAENGIGKEIT .47
4.3.3 VARIATION DER POLARISATION. 52
4.3.4 VARIATION DER EINGANGSLEISTUNG. 57
4.3.4.1 LEISTUNGSVARIATION OHNE NEGATIVE DIFFERENTIELLE TRANSMISSION 58
4.3.4.2 LEISTUNGSVARIATION MIT NEGATIVER DIFFERENTIELLER TRANSMISSION 61
4.3.5 ANSCHALTVERHALTEN. 63
4.3.5.1 ZEITKONSTANTEN DES MEDIUMS. 63
4.3.5.2 VERHALTEN UNMITTELBAR NACH DEM ANSCHALTEN.65
4.3.5.3 VERHALTEN BEIM UEBERGANG IN DEN STATIONAEREN ZUSTAND . 68
4.3.5.4 DREHBEWEGUNGEN. 68
5 DAS MODELL 73
5.1 MODELLIERUNG DER WECHSELWIRKUNG. 73
5.1.1 DIE NICHTLINEARE POLARISATION VON NATRIUMDAMPF. 74
5.1.2 OPTISCHE ANREGUNG UND ZEEMAN-PUMPEN . 76
5.1.3 SPIN-PRAEZESSION IM MAGNETFELD. 77
5.1.4 SPONTANE EMISSION UND STRAHLUNGSLOSE ABREGUNG. 78
5.1.5 STRAHLUNGSDIFFUSION. 78
INHALTSVERZEICHNIS III
5.1.6 DIFFUSION DER NATRIUMATOME. 79
5.1.7 STATIONAERER ZUSTAND DER NICHTLINEAREN POLARISATION.80
5.2 MODELLIERUNG DER AUSBREITUNG EINES LICHTFELDES. 82
5.2.1 MODIFIZIERTE PARAXIALE WELLENGLEICHUNG. 82
5.2.2 DISKUSSION DER MODIFIZIERTEN PARAXIALEN WELLENGLEICHUNG.87
5.2.3 ALGORITHMUS ZUR SIMULATION DER AUSBREITUNG EINES LICHTFELDES .
88
6
ERKLAERUNG DER EXPERIMENTELLEN ERGEBNISSE' 91
6.1 ERKLAERUNG DER STRAHLAUFSPALTUNG. 91
6.1.1 VERGLEICH VON EXPERIMENT UND SIMULATION. 91
6.1.2 VISUALISIERUNG DES AUSBREITUNGSVERHALTENS. 94
6.1.3 SEPARATION IN GEGENSINNIG ZIRKULAR POLARISIERTE TEILFELDER.97
6.1.3.1 KENNGROESSEN DER SEPARATION. 97
6.1.3.2 MECHANISMUS DER SEPARATION. 99
6.1.4 BRECHUNG EINER ANFAENGLICH VORHANDENEN ZYLINDERSYMMETRIE.103
6.1.4.1 KENNGROESSEN DER SYMMETRIEBRECHUNG.103
6.1.4.2 MECHANISMUS DER SYMMETRIEBRECHUNG .103
6.2 ERKLAERUNG DER SZENARIEN UND ABHAENGIGKEITEN.111
6.2.1 ABHAENGIGKEIT VON DER GROESSE UND DER LAGE DER STRAHLTAILLE.111
6.2.2 SZENARIEN BEI VARIATION DER FREQUENZVERSTIMMUNG UND DER TEILCHEN
ZAHLDICHTE .112
6.2.3 SZENARIEN BEI VARIATION DES MAGNETFELDES.118
6.2.3.1 ABHAENGIGKEIT VON DER TRANSVERSALEN MAGNETFELDKOMPONENTE 118
6.2.3.2 CHARAKTERISTISCHE SZENARIEN BEI DER MAGNETFELDVARIATION . 121
6.2.3.3 AUSWIRKUNGEN DER LIGHT-SHIFT.124
6.2.4 ABHAENGIGKEIT VON DER STRAHLPRAEPARATION.126
*
6.2.5 SZENARIEN BEI VARIATION DER POLARISATION .128
6.2.6 SZENARIEN BEI VARIATION DER EINGANGSLEISTUNG.134
6.2.7 ANSCHALTSZENARIEN. 142
6.2.8 ABHAENGIGKEIT VON DER PUFFERGASART.143
7 VERGLEICH MIT ERGEBNISSEN AUS ANDEREN UNTERSUCHUNGEN 147
7.1 RUECKBLICK AUF DIE ERGEBNISSE VON TAM UND HAPPER.147
7.2 RUECKBLICK AUF DIE ERGEBNISSE VON MCCORD, MCCLELLAND UND HOLZNER 148
8
ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 151
LITERATURVERZEICHNIS
155 |
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