Design and Implementation of a Versatile Imaging Objective for Imaging of Ultracold Mixtures of Sodium and Lithium

This thesis presents the design and implementation of a high resolution objective lens for imaging ultracold atomic clouds of sodium and lithium in the NaLi experiment. The lens has been developed using the ray tracing software OSLO. The design process aimed for an objective lens that performs di raction limited at a high numerical aperture of 0.41 for both imaging wavelengths of sodium (589nm) and lithium (671nm). Additionally, the lens design accounts for the requirements regarding the installation into the existing experiment, determining the diameter and working distance of the imaging objective. A tolerancing analysis was performed on the nal lens design to assess the feasibility of production and mounting of the lens assembly by a suitable manufacturer. As for the implementation into the setup a versatile mechanical mount system has been built that provides mounting for the objective lens as well as the secondary optics contained in the imaging setup. Compounded with a translational and tilting stage the mount o ers the necessary degrees of freedom for alignment of the imging path. Measurements in a test setup rendered a resolution close to the di raction limit for a numerical aperture of 0.35 which is in good agreement with the tolerancing analysis. Zusammenfassung Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Umsetzung eines hochau ösenden Objektivs für die Bildgebung von ultrakalten Atomwolken aus Natrium und Lithium für das NaLi Experiment. Das Objektiv wurde mit der Raytrace Software OSLO entwickelt. Die Vorgaben während der Entwicklung waren, dass das Objektiv beugungsbegrenzte Bildgebung bei hoher numerischer Apertur (0.41) für beide Wellenlängen von Natrium (589nm) und Lithium (671nm) ermöglicht. Darüber hinaus wurde darauf geachtet, dass notwendige Kriterien für den Einbau in das Experiment eingehalten werden, dazu zählen der Arbeitsabstand und der Außendurchmesser des Objektivs. Um die Umsetzbarkeit des Objektivdesigns durch einen Hersteller abzuwägen, wurde eine Toleranzanalyse durchgeführt. Für den Einbau des Objektivs mit allen zusätzlichen optischen Elementen in das Experiment wurde eine mechanische Vorrichtung gebaut, die zusätzlich mit einer Ausrichtungsmechanik ausgestattet ist, welche es ermöglicht die Apparatur in allen nötigen Freiheitsgraden zu bewegen um die Bildgebung auszurichten. Messungen in einem Testaufbau ergaben, dass das Objektiv eine Au ösung nahe am Beugungslimit für eine numerische Apertur von 0.35 aufweist. Dies ist in guter Übereinstimmung mit der durchgeführten Toleranzanalyse.