Pinning-Phasenübergang von Bose-Einstein-Kondensaten in rückstoßauflösenden optischen Ringresonatoren

Abstract

In dieser Arbeit wurde die Unterdrückung der dynamischen Instabilität eines Bose-Einstein Kondensats in einem Ringresonator durch die Anwesenheit einer stehenden Welle untersucht. Der Stehwellenanteil im Ringresonator wird in diesem Fall durch die Rückstreuung der Resonatorspiegel erzeugt. Es wurde ein bisher unbekannter stationärer Phasenbereich identifiziert, in dem die Entstehung einer dynamischen Instabilität unterdrückt wird. Ein analytisches Modell basierend auf den CARL-Gleichungen liefert die Vorhersage für die kritische Verstimmung, über der die stehende Welle die dynamischen Kräfte dominiert. Es wurde eine gute Übereinstimmung zwischen den theoretischen Vorhersagen und den experimentellen Daten erzielt. Die kritische Verstimmung markiert damit die Phasengrenze zwischen der gepinnten, stationären Phase und der dynamischen Instabilität. Neu an dem Pinning-Phasenübergang ist seine Verstimmungsabhängigkeit. In diesem und ähnlichen Systemen werden bekannte Phasenübergänge bisher durch Überschreitung einer kritischen Pumpleistung erreicht. Ein Alleinstellungsmerkmal von Ringresonatoren ist ihre kontinuierliche Translationssymmetrie. Die Spiegelrückstreuung, verursacht von unvermeidbaren Imperfektionen auf den Spiegeloberflächen, koppelt gegenläufige Resonatormoden und bricht die kontinuierliche Translationssymmetrie des Ringresonators. Die Pinning-Phasengrenze ist somit von besonderer Bedeutung für Experimente, welche sich die Translationssymmetrie von Ringresonatoren zunutze machen. Denn die vorliegende Arbeit demonstriert, dass diese oder ähnliche Experimente mit longitudinalem Pumpschema unter der kritischen Verstimmung durchgeführt werden müssen, da ansonsten selbstorganisierende Prozesse von der Spiegelrückstreuung unterdrückt werden.