Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Foto der in den PTB-Experimenten verwendeten Ionenfalle. In der Bildmitte sind die Ringelektrode (Durchmesser 1,3 mm) und die zwei Kappenelektroden zur Erzeugung des Quadrupol-Fallenfeldes zu erkennen. Außerdem sieht man einen mit Ytterbium gefüllten Ofen (Metallrohr, links) und die Elektronenquelle (Glühdraht, rechts oberhalb der Falle). 

Fluoreszenzemission von fünf lasergekühlten ¹⁷²Yb-Ionen. Zur Kontrasterhöhung wurde die Helligkeitsinformation des Kamerabildes in eine Farbdarstellung umgewandelt (rot: niedrige Helligkeit; blau: große Helligkeit). Die größere Restbewegung der außerhalb des Fallenzentrums liegenden Ionen führt dazu, dass diese etwas unschärfer und dunkler erscheinen als das zentrale Ion. 

Die Komponenten eines optischen Ionenfallen-Frequenznormals. Kühllaser- und Abfragelaserlicht werden abwechselnd eingestrahlt. In aufeinanderfolgenden Messzyklen wird die Anregungsfrequenz des Referenzübergangs um einen vorgegebenen Betrag erhöht beziehungsweise abgesenkt, sodass die Anregung jeweils in den Flanken der atomaren Resonanz erfolgt. Das Fluoreszenzsignal, das man während der folgenden Kühlphase beobachtet, enthält Informationen über die Abweichung der Frequenz des Abfragelasers von der Linienmitte des Referenzübergangs. Mit einem Regelkreis wird die Laserfrequenz auf die Linienmitte stabilisiert. 

Experimentell beobachtetes Resonanzsignal bei der Anregung eines gespeicherten ¹⁷¹Yb⁺-Ions zum ²D_3/2(F=2, m_F=0)-Zustand. Jeder Messpunkt entspricht einer Mittelung über 20 Messzyklen.