Einfluss der 6 1 S - 6 3 P-Resonanz auf die Lyman-alpha-Erzeugung in Quecksilber

In dieser Arbeit wird eine kontinuierliche, kohärente Strahlungsquelle bei 121,56nm, der Lyman-alpha Linie in Wasserstoff, vorgestellt. Diese Lyman-alpha Quelle soll zur zukünftigen Laserkühlung von Antiwasserstoff dienen. Die Strahlung wird durch Vier-Wellen-Mischen in Quecksilberdampf produziert. Dabei wird ein Festkörperlasersystem zur Erzeugung der Fundamentalstrahlen eingesetzt. Zur Erhöhung der nichtlinearen Suszeptibilität wird die 6^1S-7^1S Zwei-Photonen-Resonanz ausgenutzt. Zusätzlich wird mit Hilfe eines durchstimmbaren ultravioletten Lasersystems die 6^1S-6^3P Ein-Photon-Resonanz genutzt, was es erlaubt, die nichtlineare Suszeptibilität des Mischprozesses um Größenordnungen zu erhöhen. Um den Einfluss der 6^1S-6^3P Ein-Photon-Resonanz zu untersuchen, wurden zunächst die Phasenanpassungstemperaturen bei verschiedenen Verstimmungen der ultravioletten Strahlung zur 6^3P Resonanz vermessen und festgestellt, dass kleinere Verstimmungen zu niedrigeren Phasenanpassungstemperaturen führen. Es konnte sowohl theoretisch wie auch experimentell gezeigt werden, dass diese niedrigeren Phasenanpassungstemperaturen bei kleinen Verstimmungen der Erhöhung der Lyman-alpha Erzeugung durch die größere nichtlineare Suszeptibilität bei kleinen Verstimmungen entgegenwirken. Bei immer kleineren Verstimmungen zur 6^3P Resonanz limitiert die Absorption der ultravioletten Strahlung die Lyman-alpha Erzeugung. Ein positiver Effekt der niedrigeren Phasenanpassungstemperaturen ist, dass es möglich wird, auf das bisher nötige Puffergas in der Quecksilber-Dampfzelle zu verzichten, was die Lyman-alpha Erzeugung um einen Faktor 1,7 erhöht. Damit war es möglich, die bisherige Effizienz der Lyman-alpha Erzeugung zu verbessern. Es wurde eine Lyman-alpha Leistung von 0,3nW erreicht. Zusätzlich zum Einfluss der 6^3P Resonanz auf die Lyman-alpha Erzeugung wurde ein weiterer Effekt beobachtet. Durch die Nähe der 6^1S-6^3P Ein-Photon-Resonanz wird auch mehr Besetzung in das obere 7^1S Niveau der Zwei-Photonen-Resonanz gepumpt. Dadurch konnte erstmals eine kontinuierliche Lasertätigkeit auf der 6^1P-7^1S Linie in Quecksilber bei 1014nm beobachtet werden.

A continuous, coherent radiation source at 121.56nm, which is the Lyman-alpha line of hydrogen, is presented. This Lyman-alpha source can be utilized for the laser cooling of magnetically trapped antihydrogen. The radiation is generated by four-wave-mixing in mercury vapour. The fundamental beams are produced by a solid-state laser system. For the enhancement of the nonlinear suzeptibility the 6^1S-7^1S two-photon-resonance is used. Additionally the 6^1S-6^3P one-photon-resonance is exploited with the use of a new tuneable ultraviolet laser system. This enables to increase the nonlinear suszeptibility of the four-wave-mixing process by orders of magnitude. To investigate the influence of the 6^1S-6^3P one-photon-resonance the phase matching temperatures for different detunings of the ultraviolet radiation to the 6^3P resonance is measured. Smaller detunings lead to lower phase matching temperatures. Dispite the increased nonlinear suszeptibility at smaller detunings it is shown theoretically and experimentally that the lower phase matching temperatures at smaller detunings counteract the enhancement of the Lyman-alpha generation. At very small detunings to the 6^3P resonance absorption of the ultraviolet radiation limits the Lyman-alpha generation. There is also a positive effect of the lower phase matching temperatures. Lower temperatures allow to omit the up to now needed buffer gas in the mercury vapour cell. Thereby the Lyman-alpha generation is enhanced by a factor of 1.7 and the existing efficiency of Lyman-alpha generation is improved. A Lyman-alpha power of 0.3nW is reached. With small detunings to the 6^3P resonance an additional effect is observed. Due to the near 6^1S-6^3P one-photon-resonance more population is pumped to the upper 7^1S state of the two-photon-resonance. Thereby continuous lasing at the 6^1P-7^1S line of mercury at 1014nm is established for the first time.