Ảnh hưởng của dịch chuyển không phát xạ lên sự tạo thành chiết suất âm của môi trường Eit Ba năng lượng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VÕ KHÁNH HÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DỊCH CHUYỂN KHÔNG PHÁT XẠ LÊN SỰ TẠO THÀNH CHIẾT SUẤT ÂM CỦA MÔI TRƯỜNG EIT BA MỨC NĂNG LƯỢNG LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGHỆ AN - 2015 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VÕ KHÁNH HÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DỊCH CHUYỂN KHÔNG PHÁT XẠ LÊN SỰ TẠO THÀNH CHIẾT SUẤT ÂM CỦA MÔI TRƯỜNG EIT BA MỨC NĂNG LƯỢNG CHUYÊN NGÀNH: QUANG HỌC Mã số: 60.44.01.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ C ớng dẫn: PGS.TS N NGHỆ AN - 2015 H iii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa Vật lí, Phòng Đào tạo Sau Đại học Trường Đại Học Vinh tạo điều kiện giúp đỡ tốt để tác giả có môi trường nghiên cứu khoa học suốt khoá học Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS TS Nguyễn Huy Bằng, người định hướng tận tình hướng dẫn để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo chủ nhiệm chuyên ngành Quang học TS Bùi Đình Thuận, thầy cô giáo Trường Đại học Vinh giúp đỡ, giảng dạy TS Văn Đoài có nhiều ý kiến đóng góp quý báu cho tác giả trình nghi n cứu thực luận văn Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn gia đình, Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa Khoa Học trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An đồng nghiệp đồng hành tạo điều kiện giúp đỡ để tác giả hoàn thành báo cáo khoa học Nghệ An, ngày 05 tháng năm 2015 Tác giả Võ Khánh Hà iv MỤC LỤC MỞ ĐẦU C VẬT LIỆU CHIẾT SUẤT ÂM 1.1 Giới thiệu 1.2 Đ cảm điệ đ cảm từ âm 1.3 T t c iữa nguyên tử ba mức với tr ờng laser 10 10 1.3.1.1 10 ma tr n m 1.3.1.2 Sự 1.3.2 T 1.3.3 Ả ởng trình phân rã 17 tr ữa nguyên tử vớ 11 m tr m tđ c ng laser 14 ệ tử mức 19 1.5 Sự ẫ đ c tr 20 Hiệ ứ tr ốt cảm ứ điệ từ IT 23 1.7 Liên hệ giữ c c đ cảm với phần tử ma tr n m t đ 26 t c 28 C 2: ẢNH HƯỞNG CỦA DỊCH CHUYỂN KHÔNG PHÁT XẠ LÊN SỰ TẠO THÀNH CHIẾT SUẤT ÂM 29 2.1.Giải hệ p tr m tr n m t đ 29 2.2 Dẫn biểu thức chi t suất 37 2.3 Dẫ r điề iệ tồn chi t suất âm 40 2.4 Nghiên ự tạ c i t Ả ất m 44 ởng dịch chuy n không xạ lên tạo chi t suất âm 44 2.4.2 Đ ều n theo 46 2.4.3 Đ ều n theo 48 t c 50 ẾT L ẬN CH NG 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 MỞ ĐẦU Lí chọ đề tài ấ ủ T ớ ấ ấ n ủ εr εr μr ề ề k E ứ ự H thuận phải ề ề ề ấ ự ủ n   r r ấ 968 ấ μr , ị k E ứ ự H hệ thuận trái ề ứ n    r r εr ề hệ ấ ứ ứ n2   r r μr qua h ấ ề ủ ề ấ 2001 [2] ứ ề ấ ề c vớ ấ ấ ị : ị á ề ị , ị ấ er[1] ự ự ,v.v ề ấ ấ ạ ề ấ ị [8] T ứ ạ ứ ự ấ ề ủ Shen Jian-qi [14] ấ ứ ự ứ ứ T (Electromagnetically Induced T ủ ự ấ ứ ức xạ Γ31 ị ấ h ứ ữ 32 21 c p 31 H ị  ; Γik ứ ấ á ữ ạ ấ ủ k ự ề ị ứ ứ μK ự i [14] ấ  ị ấ 1 ị ủ ớ ề á ữ ứ ứ ấ ị ứ ứ Đ gi i quy t vấ ữ ứ ấ ều này, ch “Ả ự ởng dịch chuyển không phát xạ lên tạo thành chi t suất âm củ môi tr ờng EIT ba mức ă ợng” ề tài nghiên cứu Mục tiêu nghiên củ đề tài Nghiên cứu kh T ứ ấ ền quang h c củ ng, cấu hình lambda ều Tìm thông s củ tạo chi t suất âm ởng dịch chuy n không phát xạ lên tạo thành Nghiên cứu T chi t suất âm miền quang h c củ ứ ng, cấu hình lambda Đối t ợng phạm vi nghiên cứu Đối t ợng H ng laser ứ ấ ứ lambda phân rã không xạ b Phạm vi nghiên cứu c su t c m ứ c m t cho nt ứ ề i Nhiệm vụ ứ Tìm hi u hi ứ ấ lambda ều ki n t n chi t suất âm D n bi u thức chi t suấ ởng dịch chuy n không xạ lên tạo chi t suất âm Tìm hi u p p i đề tài Sử d ứ g ng cự Sử d Cấu trúc lu n g thị vă Ngoài ph n mở u, k t lu n tài li u tham kh o, n i dung ấ lu C : Trình bày t ng quan v t li u chi t suấ ữa nguyên tử ba mức vớ lý thuy t ng laser dựa lý thuy t bán c n C D n bi u thức chi t suất củ n thẩm củ Tìm chi t suất âm ng nguyên tử t thẩ ứ ấ ề ởng dịch chuy n không phát xạ lên tạo thành C VẬT LIỆU CHIẾT SUẤT ÂM 1.1 Giới thiệu ng có ε > μ > Các v t li t có th lan truyề n c v t li u Khi m t hai giá trị t thẩm ho c n thẩm âm giá trị lạ n t nhanh chóng bị d p tắt T không th lan truyề ng h p c ε μ âm chúng mang giá trị n t v n có th lan truyền bên v t li c g i v t li u chi t suất âm (left-handed metamaterial) [17] Ý ởng t n v t li u có chi t suấ 1968 Veselago, dựa k t h âm (µ < ề xuấ ng th i v t li t thẩm n thẩm âm (ε < 0) V t li u chi t suấ ng v t li u có cấu trúc nhân tạ ữ hình thành t cấ “ v t li u Nhữ ử” “ ử” c x p với m t cách tu n hoàn ho c không tu n hoàn, g m hai thành ph thành ph n t Thành ph n n (electric), có vai trò tạ (ε< 0) Thành ph n t (magnetic), có vai trò tạ Dự hai thành ph n thẩm âm t thẩm âm (µ < 0) u, v t li u chi t suất âm k t h p hoàn h o n t tạo nên v t li ng th t thẩ n thẩm âm (μ< 0, ε< 0) m t d i t n s T tính chấ c n t quang h c bấ lu t Snell, nghị ự nghị o dịch chuy n Doppler, hay nghị n o củ ịnh o phát xạ Cherenkov M t tính chất thú vị v t li u có chi t suấ ủ nt tuân theo quy tắc bàn tay trái (left-handed set) Do v y, v t li u có chi t suấ c g i v t li u left-handed metamaterials (LHMs) LHMs có th c thi t k ch tạ hoạ ng d i t n s mong mu n khác nhau, t vùng vi ba tới vùng h ng ngoại xa, th m chí tới g n vùng ánh sáng nhìn thấy [8][17] Hi ng khúc xạ ánh sáng hi qua m t phân cách hai môi tr khác Và hi ng su t có tính chất quang h c c g i chi t suấ ng m ới m t góc nhấ Hình 1.1 Đ ng ánh sáng bị c bi t u tới m t kh i thủy ịnh s bị bẻ cong phía pháp n ng truyền tia sáng v t li u chi t suấ (hình a) v t li u chi t suất âm (hình b) T ng h p n u c ều mang giá trị âm hi t thẩm s ng khúc xạ s hi u ứng "chiết suất âm" (negative refraction), n môi v t li u i, lúc s xuất hi n ạs 40  r    F  F  4F , ấ (2.37) ị ứ :   2 Im(  r r ) , (2.38) ứ (2.27 ẩ ẩ ị (2.37 ự ứ (2.38 ằ ứ ủ ị ủ ấ (2.38 ấ ,   2 Im(  r r ) 2.3.Dẫ r điề T iệ tồn chi t suất âm á ng chi t suất âm, chi t suấ ịnh bi u thức: n   r r ,  r  r (2.39) ng th i âm C n ý rằng, c n thẩ n ph n thực  r  r ều ki n ràng bu c d á ề ự Đ ti n cho vi c kh ều s phức nên t thẩ ng th ấ ủ á ứ ủ c n thực ph n o, e  e'  ie'' , ,t (2.40) (2.27) 41 e  Ta e  iNd 212 0  31  i   p   c     , ( 21  i p )  31  i   p   c   c2 / 4     c iNd 212  0  31  i   p   c     ,  21 31   p   p   c   c / 4  i  31 p   21   p   c               iNd 212  31  i   p   c    21 31   p   p   c   c / 4  i  31 p   21   p   c  e  , 2 0  21 31   p   p   c   c2 /    31 p   21   p   c       e   ,       iNd 212  31  i   p   c    21 31   p   p   c   c /   i  31 p   21   p   c    21 31   p   p   c   c2 /    31 p   21   p   c       0 2      /  i   i     2  i       /       2  31 p p p c p c c 21 p c iNd  31 21 31 c  e  , 2 0  21 31   p   p   c   c2 /    31 p   21   p   c       21 e   312  p   p   p   c     p   c   c2 /  Nd 212  iNd 212 0 e '  Nd 212  e ''  Nd 212 0 0  312  21   31  c2 /    21   p   c    2  21 31   p   p   c   c2 /    31 p   21   p   c       T   21 31   p   p   c   c2 /    31 p   21   p   c       0  ự ứ  21 31   p   p   c   c2 /    31 p   21   p   c          312  21   31  c2 /    21   p   c   , (2.41) , (2.42)  21 31   p   p   c   c2 /    31 p   21   p   c        , :  312  p   p   p   c     p   c   c2 /  2 42 n thực e ' T  e '' ứng tỷ l với h s khúc xạ ph n o ứng tỷ l với h s hấp th môi ều ki n su t c m ứ Chúng ta nh n thấy rằ ĩ thi t l p h s hấp th s rấ nh ng Đ c bi nt c n o F (2.39) s (2.37) cho thấy t r s có ph n thực ẩ âm ph n o tri t tiêu n u: F  4 , (2.43) Trong thí nghi m tạo su t c m ứ ấ (2.42) (2.43) ta thấ l ch t n củ ự  ''e T ,t  21 ều n có giá trị xấp x t Rabi củ n t t n s n o củ c ều t n s Rabi ng dò s ều n: p c , (2.44) Ngoài ra, bi u thức (2.28) cho thấ n thẩm âm khi: e'  1, T 0) ta thấ Nd 212 0 Đ t: (2.45) ều ki n (2.45 c th a mãn khi:  312  p   p   p   c     p   c   c2 /  2  21 31   p   p   c   c2 /    31 p   21   p   c         Nd212 /  ,   2  1, (2.46) 43     2 2   312  p   p   p  c     p  c  c2 /    21 31   p   p   c   c2 /    31 p   21   p   c   ,   (2.47) Khi  p c có th b qua s hạng b c hai  2p p ều ki n ràng bu c củ (2.47 ng (2.47) s trở thành:  p  c2 / 4 , N (2.48) y, k t h c ều ki n (2.44) (2.48  p  c2 / 4 , ằng, t bấ C c T (2.49) ng thức (2.48) thì: c2 / 4 , ứ (2.50)  nguyên tử ề  c 4d 212 ề (2.48 ng ph i th N N c: : (2.51) , ều n, momen y, bên cạnh ràng bu c ng cực dịch chuy n t ng c n ph ạt m   ề  p  (m31 / d 21c)2  / Re F  4 N T ủ nguyên tử N cao ằ c2 / 4   p  (m31 / d 21c)  / ấ ự ấ : (2.52) 44 ự tạ c i t 2.4 Nghiên Đ ề ất m ấ Rb87 với cá m c 2.3 ứng với thông s á ều ki n ràng bu c ịnh Giá trị thông s c lựa ch n, bao g m [5]: d21  2,5377 1029 C.m , m32  7, 26 1023 A.m2 , c    108 s 1 ,  21    108 s 1 T li c giá trị ng m nguyên tử N= 3,5  1019 nguyên tử/m3 ằ 0,35106 s-1< ∆p[...]... 27 Phân tích  thành các ph n thực và ph n o:  = ' + i" , T sự hấp th củ n thực ’ (1.70) n sự tán sắc còn ph n o ” i với chùm dò n 28 t c ơ 1 T ng quan về v t li u chi t suất ứ T ự mô t ớ nguyên tử theo lý thuy t bán c ở sử d ng á giữa á á n ự ũ Tron ứ ạ á ủ ấ ử ứ á ự N ữ ề ự ạ ứ ấ ề ớ ứ ề ằ ự á ứ ủ á 29 C ơ 2 ẢNH HƯỞNG CỦA DỊCH CHUYỂN KHÔNG PHÁT XẠ LÊN SỰ TẠO THÀNH CHIẾT SUẤT ÂM 2.1 Giải hệ... trị ở á ng âm không ủ của hàm sóng là c n thi t N u b qua trạ giá trị T á n, trạ ự á á ng âm, ủ củ t lý quan tr ự t n tại củ ng tử z ứng với trạng ng âm Theo thuy t ng n ng lực h c của Maxwell, sự lan truyền của ánh sáng ng chấ ớ ởi h g m b n  E  0 , (1.3a)  B  0 , (1.3b) 8  E   B , t   B   T E t (1.3d) t thẩm,  là hằng s thẩm và hằng s chất củ n môi củ ng củ Đ t n môi củ ng là... do HI   3 d m  n 1 á mn Emn  m n  m n  , ữ (1.57) ng với h nguyên tử 1.5 Sự ẫ đ c tr (CPT – Coherence Population Trapping) [5 ng các trạng thái của nguyên tử bị “ hai hay nhiề ng quang h Đ ” ạ ới tác d t qu của sự “ giữa các kênh dịch chuy n trong nguyên tử d n tri n ng th i của ng tử” xác suất 21 ủa h ở m t trạ dịch chuy n giữa các kênh d ứng với trạ c giữ H á ử T c kích thích bở ứ ự á 21... gi ng khúc xạ ng, mà bị bẻ cong về cùng phía với tia tới so với pháp tuy n 1.2 Đ cảm điệ và đ cảm từ âm Vào nhữ á h u của th p niên 1930, nhà v t lý lý thuy ự t n tại của pozitron dự ng tử) Trong lý thuy t của Dirac, trị ng của các hạt f E 2  p2c2  m02c4 , Trong p và m0 l T ị (1.1) ng và kh á ng ngh của hạt ịnh E   p 2c 2  m02c 4 , (1.2) Theo lý thuy t củ ĩ c c t lý và có th chúng ta không th c... n>0 thì ɛ >0 ; n u n ...ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VÕ KHÁNH HÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DỊCH CHUYỂN KHÔNG PHÁT XẠ LÊN SỰ TẠO THÀNH CHIẾT SUẤT ÂM CỦA MÔI TRƯỜNG EIT BA MỨC NĂNG LƯỢNG CHUYÊN NGÀNH: QUANG HỌC... 2: ẢNH HƯỞNG CỦA DỊCH CHUYỂN KHÔNG PHÁT XẠ LÊN SỰ TẠO THÀNH CHIẾT SUẤT ÂM 29 2.1.Giải hệ p tr m tr n m t đ 29 2.2 Dẫn biểu thức chi t suất 37 2.3 Dẫ r điề iệ tồn chi t suất. .. ủ 29 C ẢNH HƯỞNG CỦA DỊCH CHUYỂN KHÔNG PHÁT XẠ LÊN SỰ TẠO THÀNH CHIẾT SUẤT ÂM 2.1 Giải hệ p tr Gi thi t rằ m tr n m t đ ều phát ch lớ ều rấ liên t ới h nguyên tử theo cấu hình lambda ba mứ hình