A3 Optisches Pumpen

Unter Optischem Pumpen versteht man die gezielte Umbesetzung von atomaren Energieniveaus durch Einstrahlung von Licht. Bei dem durchzuführenden Experiment wird durch Bestrahlung von Rubidiumdampf mit der Rubidium-D1-Linie in einem homogenen Magnetfeld eine Umbesetzung der Zeeman-Niveaus der Hyperfeinstrukturaufspaltung des Grundzustandes zweier Rubidium-Isotope erreicht. Dabei können je nach Wahl der Versuchsbedingungen entweder die höheren oder die tieferen Zustände stärker besetzt werden, als es der Besetzung im thermodynamischen Gleichgewicht entspricht. Der Nachweis des Pumpvorganges erfolgt auf optischem Wege. Während des Pumpvorganges absorbiert der Rubidiumdampf Licht

Durch Einstrahlen von Photonen passender Frequenz kann über die induzierte Emission die Einstellung des thermischen Gleichgewichts erzwungen werden, die hierbei auftretenden Übergänge werden wieder über die Änderung der optischen Absorption des Pumplichtes nachgewiesen. Wenn im Übergangsbereich zwischen schwachem und starkem Magnetfeld alle möglichen Übergänge registriert werden, kann aus der Anzahl der Absorptionslinien sofort auf den Kernspin geschlossen werden. Da der Abstand benachbarter Zeeman-Zustände bei den verwendeten Magnetfeldern weniger als 10-8eV beträgt, erhält man bei bekannter Energie der Terme zugleich eine Methode für die Messung schwacher Magnetfelder mit einer Empfindlichkeit von etwa 10-8T. Schließlich können bei Erhöhung der Intensität des Anregungslichtes nichtlineare Effekte (Zwei-Photonen-Übergänge) nachgewiesen werden.