chương I .32 Chương II XÂY DỰNG HỆ THÍ NGHIỆM NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA MÔI TRƯỜNG NGUYÊN TỬ. Một số hệ thí nghiệm đo phổ nguyên tử hiện nay. Hệ thí nghiệm hấp thụ bão hoà của hãng Thorlabs. Hệ thí nghiệm của hãng Teachspin.
Hệ thí nghiệm EIT cấu hình chữ V bơm-dò cùng chiều. Hệ thí nghiệm đo chiết suất nhóm ánh sáng. Thí nghiệm EIT tại trường Đại học Vinh. Xây dựng hệ thí nghiệm phổ phân giải cao đa năng.
Bộ phận quang học. Bộ phận điều khiển. Bộ phận hiển thị. Sơ đồ nguyên lý các phép đo phổ của hệ thí nghiệm.
Sơ đồ quang học quan sát phổ hấp thụ và phổ tán sắc. Sơ đồ quang học quan sát phổ hấp thụ bão hòa và tán sắc bão hòa. Sơ đồ quang học quan sát EIT cấu hình bơm-dò ngược chiều. Sơ đồ quang học quan sát phổ EIT cấu hình bơm-dò cùng chiều.
Sơ đồ quang học quan sát phổ EIT hai chùm bơm ngược chiều. Sơ đồ quang học quan sát hiệu ứng Macaluso-Corbino .74 Kết luận chương II .76 Chương III NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT QUANG CỦA KHÍ NGUYÊN TỬ. Khảo sát phổ hấp thụ và tán sắc. Quy trình đo phổ.
Phổ hấp thụ và tán sắc. Khảo sát phổ hấp thụ bão hoà và tán sắc bão hoà. Quy trình đo phổ. Phổ hấp thụ bão hoà và tán sắc bão hoà.
Khảo sát phổ EIT và tán sắc EIT cấu hình bơm-dò ngược chiều. Quy trình đo phổ EIT và tán sắc EIT. Phổ EIT và tán sắc EIT cấu hình bơm-dò ngược chiều. Khảo sát phổ EIT và tán sắc EIT cấu hình bơm-dò cùng chiều.
Quy trình đo phổ. Phổ EIT và tán sắc EIT cấu hình bơm-dò cùng chiều. Phổ bơm chọn lọc vận tốc. Quy trình đo phổ.
Đo phổ bơm chọn lọc vận tốc. Quan sát phổ EIT cấu hình hai chùm bơm ngược chiều nhau. Quy trình đo phổ. Phổ EIT hai chùm bơm cùng chiều và ngược chiều với chùm dò.
Quan sát phổ EIA cấu hình bơm-dò ngược chiều. Quy trình đo phổ. Phổ EIA cấu hình bơm-dò ngược chiều. Quan sát hiệu ứng Macaluso-Corbino.
Quy trình đo phổ. Hiệu ứng Macaluso-Corbino (MC). Khảo sát chuyển mạch quang. Mô hình lý thuyết.
Mô hình thực nghiệm. Khảo sát chiết suất âm. Mô hình lý thuyết. Mô hình thực nghiệm.
Nghiên cứu mở rộng tính năng của hệ thí nghiệm tích hợp. Xác định vận tốc nhóm ánh sáng. Xác định phi tuyến Kerr. Các thiết bị và linh kiện cần bổ sung .132 Kết luận chương III .134 KẾT LUẬN CHUNG .136 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ .139 TÀI LIỆU THAM KHẢO .154 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN ÁN Giải thích nghĩa EIT Electromagnetically Induced Transparency – Sự trong suốt cảm ứng điện từ.
EIA Electromagnetically Induced Absorption – Sự hấp thụ cảm ứng điện từ. CPT Coherence Population Trapping – Sự bẫy độ cư trú kết hợp. LWI Lasing Without Inversion – Sự phát laser không nghịch đảo độ cư trú. SAS Saturated Absorption spectroscopy – Phổ hấp thụ bão hòa.
TOP Transfer of Population – Sự di chuyển độ cư trú. LHM Left-handed material – Vật liệu chiết suất âm Photodetector – là cảm biến quang chuyển đổi photon của ảnh sáng PD hoặc bức xạ điện từ thành tính hiệu điện EOM Electro-optic modulator – Bộ biến điệu điện-quang AOM Acousto-optic modulator – Bộ biến điệu âm-quang vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN ÁN Ký Đơn vị Nghĩa hiệu Cường độ liên kết tỷ đối giữa các dịch chuyển Snm không thứ nguyên của nguyên tử c 2.998 108 m/s Vận tốc ánh sáng trong chân không Mômen lưỡng cực điện của dịch chuyển dnm C.m n m E V/m Cường độ điện trường của chùm ánh sáng Ec V/m Cường độ điện trường chùm laser điều khiển Ep V/m Cường độ điện trường chùm laser dò En J Năng lượng riêng của trạng thái n F không thứ nguyên Số lượng tử mômen góc toàn phần H J Hamtilton toàn phần H0 J Hamilton của nguyên tử tự do Hamilton tương tác giữa nguyên tử và trường HI J ánh sáng I W/m2 Cường độ chùm sáng kB 1.38 10-23 J/K Hằng số Boltzmann mRb 1.44 10-25 kg Khối lượng của nguyên tử Rubidium viii N không thứ nguyên Chiết suất của môi trường N nguyên tử/m3 Mật độ nguyên tử T K Nhiệt độ tuyệt đối m-1 Hệ số hấp thụ tuyến tính 0 1.26 10-6 H/m Độ từ thẩm của chân không 0 8.85 10-12 F/m Độ điện thẩm của chân không không thứ nguyên Hằng số điện môi tỷ đối của vật liệu nm Hz Tần số góc của dịch chuyển nguyên tử c Hz Tần số góc của chùm điều khiển p Hz Tần số góc của chùm dò Hz Tốc độ phân rã tự phát độ cư trú nguyên tử Hz Tốc độ suy giảm tự phát độ kết hợp vc Hz Tốc độ suy giảm độ kết hợp do va chạm không thứ nguyên Độ cảm điện của môi trường nguyên tử Re() không thứ nguyên Phần thực của độ cảm điện Im() không thứ nguyên Phần ảo của độ cảm điện Mật độ cư trú của hệ nguyên tử c Hz Tần số Rabi của trường điều khiển p Hz Tần số Rabi của trường dò c Hz Độ lệch tần giữa tần số chùm liên kết với với ix tần số dịch chuyển nguyên tử Độ lệch tần số giữa tần số chùm dò với với p Hz tần số dịch chuyển nguyên tử Hz Khoảng cách phổ giữa các mức siêu tinh tế Nguyên tử Rubidium (có hai đồng vị 85Rb và Rubi Không thứ nguyên 87 Rb) Cs Không thứ nguyên Nguyên tử Cesium x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý kỹ thuật phổ hấp thụ bão hòa.2 Đường phân bố mật độ nguyên tử theo vận tốc khi được kích thích bởi bức xạ có tần số [4].3 Sơ đồ nguyên lý phổ hấp thụ bão hòa: (a) công tua phổ hấp thụ của chùm dò, (b) công tua phân bố mật độ nguyên tử theo vận tốc [4].4 Giao thoa kế Mach–Zehnder được sử dụng đo hệ số tán sắc của nguyên tử [61].5 Sự phụ thuộc giữa hệ hấp thụ chuẩn hóa (đường nét liền) và hệ số tán sắc chuẩn hóa (đường chấm chấm) vào độ lệch tần chuẩn hóa [61].6 Sơ đồ nguyên lý đo phổ bơm chọn lọc vận tốc.7 Sơ đồ giải thích sự tạo thành các vạch phổ khi sử dung kỹ thuật phổ bơm chọn lọc vận tốc cho nguyên tử 85Rb.8 Phổ bơm chọn lọc vận tốc của nguyên tử 85Rb .9 Sơ đồ kích thích chữ V hệ bốn mức năng lượng được kích thích bởi hai chùm laser bơm và laser dò.10 Hệ số hấp thụ và hệ số tán sắc của nguyên tử 85Rb khi khóa chùm laser bơm tại dịch chuyển 52S1∕2(F = 3) ↔ 52P3∕2(F= 3) [23].11 Sơ đồ giải thích sự hình thành 6 cửa sổ EIT trên đường hấp thụ mở rộng Doppler của nguyên tử 85Rb trường hợp chùm laser bơm và laser dò cùng chiều.12 Sơ đồ hệ hai mức về tương tác giữa nguyên tử với ánh sáng phân cực thẳng, chùm sáng truyền qua môi trường có từ trường ngoài khác không. Khi từ trường ngoài có phương trùng với phương truyền, các mức từ con sẽ tách ra từ các trạng thái cơ bản ứng với L = m.13 Ảnh hưởng của từ trường lên phần thực (đường liền nét) và phần ảo (đường đứt nét) của chiết suất phức ứng với các thành phần phân cực tròn trái () và phân cực tròn phải ( +) của ánh sáng tương tác với hệ nguyên tử hai mức đứng yên khi không có từ trường (a) và khi có từ trường (b).14 Sự phụ thuộc góc quay quang-từ vào độ lệch tần và từ trường chuẩn hóa (a). Sự phụ thuộc của góc quay quang từ vào: (b) độ lệch tần chuẩn hóa (/) khi L/ = 0.15 Đường đặc trưng về mối quan hệ vào - ra của hệ lưỡng ổn định quang học (a) và sơ đồ nguyên lí của hệ lưỡng ổn định quang học (b).16 Giản đồ các mức năng lượng của hai đồng vị 85Rb và 87Rb ứng với dịch chuyển D2.17 Cường độ chuẩn hóa (I/I0) của chùm laser khi truyền qua môi trường khí nguyên tử Rubi ứng với dịch chuyển D2.1 Sơ đồ bố trí hệ thí nghiệm SAS của hãng Thorlabs[70]….2 Tín hiệu phổ hấp thụ bão hòa (a) và tín hiệu phổ hấp thụ (b) của nguyên tử Rubi được đo bởi hệ thí nghiệm của hãng Thorlabs [70].3 Sơ đồ bố trí hệ thí nghiệm của hãng Teachspin[71].4 Tín hiệu phổ hấp thụ bão hòa trên dịch chuyển D2 của nguyên tử Rubi được đo bởi hệ Teachspin[71].5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm quan sát EIT của nhóm Kang Ying [45].6 Kết quả quan sát phổ EIT của nguyên tử 85Rb ở nhiệt độ 70 oC [45].7 Sơ đồ giải thích sự hình thành các cửa sổ trong suốt trên đường hấp thụ mở rộng Doppler trường hợp chùm laser bơm cùng chiều với laser dò [45].8 Sơ đồ cài đặt hệ thí nghiệm quan sát sự tăng cường chiết suất tại các cửa sổ EIT của nguyên tử 87Rb.9 Tín hiệu phổ hấp thụ bão hòa [26].10 phổ tán sắc của nguyên tử Rubi phụ thuộc vào tần số.11 Hệ thí nghiệm quan sát thông tin tán sắc của nguyên tử 85Rb đầu tiên tại trường Đại học Vinh [23].12 Phổ hấp thụ và phổ tán sắc khi có mặt hiệu ứng EIT của nguyên tử Rubi.13 Sơ đồ khối bệ thí nghiệm tích hợp nhỏ gọn.14 Sơ đồ bố trí các thiết bị quang trên bề mặt quang học của hệ nghiên cứu tính chất quang.
M1 – M7: gương phản xạ; S1 – S3: bộ khóa chùm; ND1 – ND3: bộ lọc trung hòa; BS1 – BS6: bản tách chùm; FPI: Giao thoa kế Fabry-Pérot; MZI: Giao thoa kế Mach-Zehnder; P1 – P2: Kính phân cực; PD1 – PD3: Đầu thu quang; DL: Laser diode; IS: bộ cách ly quang học.15 Sơ đồ bố trí các thiết bị trên bề mặt quang học của hệ thí nghiệm.16 Laser diode DLS1A của hãng Teachspin.17 Laser dioder ECD – 003 của hãng Moglabs.18 Buồng mẫu nguyên tử Rubi đặt trên giá ổn định nhiệt độ.19 Gương phản xạ.20 Bản tách chùm.21 Kính phân cực.22 Bộ lọc trung hòa NDK01 – Thorlabs.23 Bộ khóa chùm.24 Bộ định hướng quang học.25 Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc của hệ số truyền qua và hệ số cách ly vào bước sóng.26 Giao thoa kế Fabry-Pérot. (a) Sơ đồ nguyên lý, (b) Ảnh chụp hệ giao thoa kế Fabry-Pérot.27 (a) Biên độ của mode cộng hưởng trong giao thoa kế Fabry-Pérot (b) Phân bố cường độ tín hiệu.28 Đầu thu tín hiệu quang.29 Bộ điều khiển laser diode của hãng TeachSpin.30 Bộ điều khiển laser diode Moglabs DLC– 502.31 Bộ điều khiển nhiệt độ buồng mẫu nguyên tử.32 Dao động ký điện tử của hãng Tektronix.