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A table-top demonstration of radiation pressure

Demir, Dilek (2011) A table-top demonstration of radiation pressure.
Diplomarbeit, University of Vienna. Fakultät für Physik

BetreuerIn: Aspelmeyer, Markus

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Abstract in English

The observation of the momentum transfer of light, the so-called radiation pressure, goes back to the seminal experiments by Lebedew and by Nichols and Hull in 1901. Up to now, all experimental demonstrations of this effect with macroscopic mirrors relied on a well-shielded experimental environment and were operated in vacuum and at high light powers. This work describes a simple table-top experiment that illustrates the momentum transfer between light and a suspended mechanical mirror both under ambient conditions and in a low - pressure environment. Our work is enabled by the development of millimeter-sized cantilevers of high reflectivity ($> 99.99\%$), very low spring constant ($\approx 0.031 \pm 0.003 $ N/m to $0.0009 \pm 0.0001 $ N/m ) and very low levels of optical absorption ($< 100 $ ppm). Using these devices in an optical lever arrangement we demonstrate radiation pressure effects while operating in air, at room temperature and with only modest ($< 10$ mW) laser power. The behaviour of the cantilevers at low pressures is used to validate the nature of the radiation - pressure effect.

Schlagwörter in Englisch

Radiation Pressure / Quantum Optomechanics / Distributed Bragg Reflectors (DBR) / Micromechanical Oscillators

Abstract in German

Die Beobachtung, dass Licht Strahlungsdruck ausüben kann, geht zurück auf die bahnbrechenden Experimente von Lebedew, Nichols und Hull im Jahr 1901. Ein einfaches Experiment zeigt, dass die Dynamik zwischen Licht und einem mikro-mechanischen Spiegel auf Umgebungstemperatur im Vakuum demonstriert werden kann. Unsere Arbeit wird durch die Entwicklung von millimetergroßen mechanischen Hebeln ermöglicht. Diese sind hochreflektierend ($> 99,99 \%$), haben eine sehr niedrige Federkonstante ($0,031 \pm 0,003 N / m - 0,0009 \pm 0,0001 N / m$) und sehr niedrige optische Absorption ($<100 ppm$). Mit Hilfe dieser Geräte in einer optische Hebelanordnung ist uns der Nachweis des Strahlungsdrucks bei Raumtemperatur an der Luft und bei niedriger Laserleistung ($<10 mW$) gelungen. Zudem wird auch die Positionsänderung der mechanischen Hebel aufgrund des Strahlungsdrucks bei niedrigerem Druck überprüft.

Schlagwörter in Deutsch

Strahlungsdruck / Quanten Optomechanik / Distributed Bragg Reflektor (DBR) / Mikromechanische Oszillatoren

Item Type: Hochschulschrift (Diplomarbeit)
Author: Demir, Dilek
Title: A table-top demonstration of radiation pressure
Umfangsangabe: 81 S.
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Physik
Publication year: 2011
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Aspelmeyer, Markus
Assessor: Aspelmeyer, Markus
Classification: 33 Physik > 33.23 Quantenphysik
33 Physik > 33.18 Optik
33 Physik > 33.11 Mechanik
AC Number: AC08819630
Item ID: 16381
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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