QUANTUS-IV - MAIUS - Untersuchung der Eigenschaften von Bose-Einstein-Kondensaten während der Forschungsraketenmission MAIUS-2 & MAIUS-3

Abstract

In diesem Abschlussbericht werden die Arbeiten am Verbundprojekt QUANTUS-IV-MAIUS vorgestellt. Ziele dieses Projektes waren die Realisierung einer Höhenforschungsraketennutzlast für quantenoptische Experimente mit Rubidium und Kalium, sowie die Untersuchung dieser atomaren Ensembles auf den Forschungsraketenmissionen MAIUS-2 und MAIUS-3. Dies beinhaltete das Design, den Aufbau und die Qualifikation aller notwendigen Subsysteme, sowie die Entwicklung der experimentellen Protokolle zur Präparation und Untersuchung der atomaren Ensembles. Außerdem erfolgte in diesem Vorhaben die Integration aller Subsysteme in die MAIUS-B Nutzlast, die Qualifikation der Gesamtnutzlast, die Durchführung der MAIUS-2 Raketenflugkampagne und die nachfolgende Umrüstung zur Nutzung im Einstein Elevator, sowie erste Flugkampagnen. Die wichtigsten innerhalb des Teilvorhabens erzielten Ergebnisse sind wie folgt: • Entwicklung und Bereitstellung der Zerodurboards zum Schalten und Verteilen der notwendigen Lichtfelder zur Realisierung einer 2D+/3D-MOT, Absorptionsdetektion und Atominterferometrie • Entwicklung und Bereitstellung der Zerodurboards für die Spektroskopie von Rubidium und Kalium zur Frequenzstabilisierung der Laser • Weiterentwicklung der zugrundeliegenden Technologie, z.B. durch Entwicklung eines Strahlteilers zum kompakten Trennen verschiedener Beugungsordnungen eines akusto-optischen Modulators, oder Entwicklung einer Multispezies-Spektroskopie mit nur einer Glaszelle • Entwicklung und Bereitstellung der faseroptischen Komponenten für das Lasersystem für die Missionen MAIUS-2 und MAIUS-3 • Charakterisierung und Qualifikation des Lasersystems • Integration des Lasersystems in die MAIUS-B Nutzlast • Durchführung der Flugkampagne MAIUS-2 This final report presents the work on the QUANTUS-IV-MAIUS joint project. The objectives of this project were the realization of a sounding rocket payload for quantum optical experiments with rubidium and potassium, as well as the investigation of these atomic ensembles on the research rocket missions MAIUS-2 and MAIUS-3. This included the design, construction and qualification of all necessary subsystems, as well as the development of the experimental protocols for the preparation and investigation of the atomic ensembles. In addition, this project included the integration of all subsystems into the MAIUS-B payload, the qualification of the entire payload, the implementation of the MAIUS-2 rocket flight campaign and the subsequent conversion for use in the Einstein Elevator, as well as the first flight campaigns. The main results achieved within the sub-project are as follows: • Development and provision of the Zerodur boards for switching and distributing the necessary light fields to realize a 2D+/3D MOT, absorption detection and atomic interferometry • Development and provision of the Zerodur boards for the spectroscopy of rubidium and potassium for frequency stabilization of the lasers • Further development of the underlying technology, e.g. by developing a beam splitter for the compact separation of different diffraction orders of an acousto-optical modulator, or development of multispecies spectroscopy with only one glass cell • Development and provision of fiber optic components for the laser system for the MAIUS-2 and MAIUS-3 missions • Characterization and qualification of the laser system • Integration of the Laser System into the MAIUS-B payload • Execution of the MAIUS-B flight campaign