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Towards optical levitation in UHV

loading using hollow-core photonic crystal fibers

Jakob Rieser

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Physik

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Physik

Betreuer*in

Nikolai Kiesel

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DOI

10.25365/thesis.64251

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-22803.89612.715774-1

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Im Ultrahochvakuum optisch levitierte Nanoteilchen können eine vielversprechende experimentelle Platform zur Erzeugung von ausgedehnten Quantenzuständen mit biher unerreicht großen Massen von mehr als 1E8 amu in aussicht stellt. Die Lebenszeit solcher Zustände ist durch ihre Interaktion mit Schwarzkörperstrahlung limitiert. Bisher konnte dieser Effekt nicht experimentell untersucht werden. Aus diesem Grund schlagen wir hier ein Experiment vor, das erlauben soll den Einfluss der Schwarzkörperstrahlung auf die Bewegung eines Teilchens zu beobachten. Im Rahmen dieser Arbeit nehmen wir die ersten Schritte die zur Umsetzung dieses Experiments führen. Zum einen schätzen wir die experimentellen Parameter ab, die notwendig sind um die Auswirkungen der Schwarzkörperstrahlung sichtbar zu machen. Es zeigt sich, dass hierfür eine Freifallzeit von bis zu 10 ms bei einem Vakuum von 1E-11 mBar und einer Temperatur über 1400K nötig sind. Desweiteren diskutieren wir einen experimentellen Aufbau, der dieses Parameterregime erreichen sollte. Die erste Herausvorderung auf dem Wegs stellt das reproduzierbare Laden von Nanoteilchen in optischen Fallen im Ultrahochvakuum dar. Den Großteil dieser Arbeit befaßt sich mit dem experimentelle Aufbau eines solchen Lademechanismums. Aufbauend auf früheren Experimenten zum Transport von Nanoteilchen in Hohlfasern zeigen wir hier die erfolgreiche und reproduzierbare Übergabe von 245nm großen Teilchen von der Hohlfaser in eine optische Pinzette. Unsere Methode ebnet den Weg für eine schnelle und einfache Quelle von Nanoteilchen für verschiedenste Experimente zur optischen Levitation im Ultrahochvakuum.

Abstract

(Englisch)

Optically levitated particles in extreme vacuum conditions are an experimental platform that may enable the generation of extended quantum states on unprecedented mass scales above 1E8 amu. Their interactions with blackbody radiation will intrinsically limit the lifetime of such states. Since the magnitude of these interactions has not yet been experimentally assessed, we propose an experiment to observe them. The aim of this thesis is to take the first step towards realizing this experiment. We estimate the necessary experimental parameters for observing the mechanical noise introduced by blackbody interactions, i.e. free fall times of up to 10ms at pressures below 1E-11 mBar and temperatures above 1400K. We propose an experimental design that is able to achieve these parameters. The first challenge towards this goal is reliably and deterministically loading nanoparticles into an optical tweezer at ultra-high vacuum. The major part of this thesis focuses on the experimental implementation of a loading system to achieve this. To this end, we demonstrate the transfer of a 245nm particle from a hollow-core fiber to an optical tweezer. This method may enable loading into the ultrahigh vacuum regime in the near future.

Autor*innen

Jakob Rieser

Haupttitel (Englisch)

Towards optical levitation in UHV

Hauptuntertitel (Englisch)

loading using hollow-core photonic crystal fibers

Paralleltitel (Deutsch)

Richtung opitscher Levitation in UHV : Laden mittels hohler photonischer Kirstallfasern

Publikationsjahr

2020

Umfangsangabe

VI, 72 Seiten : Illustrationen

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Nikolai Kiesel

Klassifikationen

33 Physik > 33.23 Quantenphysik ,

33 Physik > 33.38 Quantenoptik, nichtlineare Optik

AC Nummer

AC16169787

Utheses ID

57007

Studienkennzahl

UA | 066 | 876 | |

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