Kapitza-Dirac Effekt

Beugung an einer stehenden Lichtwelle

Das zweite Gitter im Interferometer dient zur Beugung der Moleküle mit dem Kapitza-Dirac-Effekt.

Wenn man einen Laserstrahl senkrecht an einem Spiegel reflektiert bilden die gegenläufigen Lichtstrahlen eine stehende Welle aus die man als Beugungsgitter verwenden kann. Pjotr Kapitza und Paul Dirac haben diesen Effekt bereits 1933 für die Beugung von Elektronen an breiten Gittern (Bragg-Beugung) vorhergesagt. Erst im Jahr 2001 konnte er in der Gruppe von Herman Batelaan in Lincoln Nebraska realisiert werden. Eine Variante des Kapitza-Dirac Effekts wurde schon in den 80er Jahren am MIT in der Gruppe von David Pritchard realisiert: sie beugten Atome an einer Stehewelle aus Licht. Wir verwenden hier einen ähnlichen Effekt mit Molekülen.

Im KDTLI wirkt die stehende Lichtwelle als Phasengitter. Jedes Molekül kann das Gitter passieren und seine Wellenfunktion erhält einen ortsabhängigen Phasenschub. Dabei wird von dem rasch oszillierenden elektrischen Feld in dem polarisierbaren Molekül ein Dipolmoment induziert und das Molekül zu den Bereichen hoher Laserintensität beschleunigt. Je nach Stärke des Laserfeldes werden die Moleküle demnach stärker oder weniger stark beschleunigt.

Wenn die Moleküle durch das Lichtgitter fliegen bekommen sie einen Phasenschub, der von der Position in der Stehwelle und der Laserleistung abhängt.

In dem Applet wird der Phasenschub der Wellenfronten visualisiert. Die modulierten Wellenfronten überlagern sich und bilden das Interferenzbild, das wir am Ort des dritten Gitters messen können.

Man darf die Phasenverschiebung nicht mit der Dichteverteilung der Moleküle am 3. Gitter verwechseln. Nur in unserer speziellen Talbot-Lau Anordnung, mit identischen Gitterperioden d1=d2 entspricht die Periode der Lichtwelle auch dem Abstand der Maxima der molekularen Dichteverteilung am Ort von G3.


Laserleistung - +

Die Verwendung von Lichtgittern ist vorteilhaft, da die Laserfrequenz und damit das Gitter sehr präzise definiert sind, die Theorie der Wechselwirkung gut verstanden ist und die experimentellen Parameter leicht veränderbar sind und alle Moleküle die Stehwelle verlustfrei passieren können.

Kapitza Dirac Effekt

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