BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ------------ HOÀNG HỒNG KHUÊ ĐIỀU KHIỂN SỰ HẤP THỤ VÀ TÁN SẮC TRONG HỆ NGUYÊN TỬ 87 Rb CẤU HÌNH LAMBDA Chuyên ngành: Quang học Mã số: 62.44.11.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ĐINH XUÂN KHOA VINH - 2010 MỤC LỤC Mở đầu Chương 1. Tương tác giữa ánh sáng với hệ nguyên tử 1.1. Nguyên tử hai mức trong trường điện từ !"# $ %& ' ()*+, $!-./,% 1.2 Nguyên tử ba mức trong trường điện từ$ 0-123 Chương 2. Điều khiển sự hấp thụ và tán sắc trong hệ nguyên tử 87 Rb cấu hình lambda' 2.1 Cấu trúc năng lượng của nguyên tử 87 Rb' !/4-5 6' 78' !/4.-5 6' 789 %!):21;<"=5 6' 78 2.2. Giải phương trình ma trận mật độ cho cấu hình lambda 2.3. Mỗi liên hệ giữa các phần tử ma trận mật độ với cảm nguyên tử9 2.4. HÖ sè hÊp thô cña m«i trêng nguyên tử víi chïm dß 31 2.5. ChiÕt suÊt cña m«i trêng nguyªn tö (hÖ sè t¸n s¾c) 31 2.6. Điều khiển sự hấp thụ và tán sắc% 2.7. Hiệu suất biến đổi độ trong suốt> 2.8. So sánh kết quả giữa cấu hình Λ ,chữ V và bậc thang 0-12% Kết luận chung Tài liệu tham khảo$ MỞ ĐẦU ? & @ A +) B+ . : : #C?/DCEFCEEG.H+5IJ KLMC?.N.O*+C"CK+<P .NIJQLC++)B+.::-@ 1&#&.H/D.O8J*+R"+SG.H) TUF*+&.H/D?@<1<-"*5?? 1@8C)5IJKE?V?.F ??<+.OT?.HCH+)B+.P=1< B+1.WIMQI.FCSK5+)B+.P=1<B+ 1.WCSKQX&@<C@=1<.F?.H*+,C&Y PZ[\Z1W?+W11[IWI.WQC@+X.CSR/ <?]+969^_<C@K+, ` ` +<?]+99^_W? &,0+W\0?L.FCa&.H/D.OIbC-.FCa& .N<I?CCa2H+5.1S?+ < (SK&,?.H*+,C&YZ[&CC@ 4;,*I&1;-<F&+CH &?C/S,4;C- :Ec ` ? d 8 ` e + ` "? ` ^%_L. ` 1<+2+ ` d ? d + e .^_LR e 1 d 1@^3_L]&./" #"- ^9_L a*? ^>_ fGCS+ ,C@Z[<CSK&,?.H*+,C&+) gh?+1Ei&*?.&,? .H*+,C&Y?+&C)/j0*TI? &,V?1W<"#E+IbC-:?1< CK % !,SZ[2<?+1?E S+#aC&54C*<k+?+S#/ K.ID1.W+E1<+l::-@ ! d m n ::C*/CKE? ` d ?.H*+ ,C&Y1<IF&8+,]1@C@1-8T B+.::BW?.F.NR-5IJK E<81?E/#::c82 Li<1+8IΛ oi&p+L,S&,?.H*+,C&YC@ F&CGT+,(E=i/#82 ^6_</#i^9_?1?E/#<LHC) +,]1@1<CH1X&"*1<.a?.HZ[ .O8JE-C). ?a12]4=CS<,q Điều khiển sự hấp thụ và tán sắc trong hệ nguyên tử 87 Rb cấu hình lambdar !/412]?<G+TCGL-12<<1&+*?L )I:512]l+ !c#8<.T1;-S& +,.W?1;-8aCKL.TC ,.F&8+,]1@RhC-"# !c!4#8<1*5#+2+2 C)? 6' 788+,]1@/#1+8IY-"*1; -4OC?/D<C?.N, J5C)CSK<C)1&G5 CSKU?.-"*1;-<F&+.TC#+K S&./8-CaC)?.HU?.-"*/#Λ /#i<82 Chương 1 TƯƠNG TÁC GIỮA ÁNH SÁNG VỚI HỆ NGUYÊN TỬ 1.1. Nguyên tử hai mức trong trường điện từ 1.1.1. Tương tác giữa hệ nguyên tử với trường khi không có phân rã Hình 1:s#&+, W?1;-8aCK#&1<+)&1@P&+< ?C+,]1@5&C C@1@?QLMC& YbC@RW+1<aCKP,1<bC@+*8T<+ 5P BE L QQ?=1@L4# ?+2+2C)c [ ] H i t L ρ ρ = ∂ ∂ PQ ?Cc I HHH += > 1<X+1??<G > H 1<X+1?5& I H 1<X+1?It*5&+ V?uRh+,]1@<.8-? > H 1<c = > > > W W H PQ !C)?<C@8KItIIEc ( ) rktEE L −= ω ?. > L P%Q $ TC k 1<h.i.#/# ( ) ' >v − ≈= mk λπ < 8: mr > > − ≈ L#K1/ > ≈ kr ?hGC4 -=1<hGC41jF ( ) titi LL ee E E ωω − += > PQ =H?EC)E=+KCA > > = r L1F F ID1W1W?1< EeF −= LC-]1<c ( ) EdrV −= L P$Q d =1<++W1jFL E 1<C)1.WD) !G+2h? ( ) rVH I = C@1/8kc > == dd LCS <1<:@KCaE:wRCJ 0S+/:a"K1/<+.?? ddd == 1<F0CK-c ( ) ( ) − − = > > tdE tdE H I P3Q E5&+,C@+*8k?+2+2C) <Gc = ρρ ρρ ρ P'Q 0C-1EPQ.c [ ] nmnm H i LL L ρρ = P6Q 1.1.2. Các quá trình phân rã x; -.T5.FRE</D?8?l+ -+T)Ea())Ea.Y"#REF 8kC))EI?REUF 5S ?a12]L4uRh : 5YE+,]1@?RH E+,]1@/(1<"# I?REF <"# I?E+ 3 •Quá trình phân rã do phát xạ tự phát yREF1<"#CTE+,] 1@?FC)*RHE+,]1@/p- R./REF5+)CJ:&1<y + <y + Ly ,1<R./#+/TE+<0C W?CJ12z?1{+Ly + C@RCJ.c kT W m m eCP − = P+|LQ P9Q }h+, ~ < ~ L• <• 1<J]1@ ,LC)5.?<#c A dt dP TN = P>Q ?C€ 1<&.HZ.WL&.H<D)<?8*/ <uRCJC@8kF&+f= γ 1<HC) ? REFLc R A τ γ == PQ • Phân rã do va chạm UF+T)EaD)S<?CS&21;5 !&,)-"*Y.FKC)51< .F+T)I?E+0RhC-"#E+L<+.5 IE/,EL+,]1@5.O Ca8T4E+<<+ ..OT<a@-:5<+.t 1?Ep-?*E+C5NLK8•".F/D ?ARE.R‚?"#E+ UFE+*T"#"=W?.FCa? E1@L-"*1<CaY+,]1@< .+,]1@LYE<.EX&, I?4E?C@+*8THC) C@+<?+2C)4 ' T+,5?#z1?"=? E+C<lL=HC) 1< coll γ LCE1@<C@8KJW?H C)E+ > v τ ^%_ > τ γ = coll PQ p2 coll γγγ += ƒ 1<HC) I?*"#RE< "#E+?&iT&C)/ #HC) I?E+KC@8•" 1.1.3. Tương tác giữa hệ nguyên tử với trường khi tính đến phân rã y#P6Qu1<@1;TuC4C)L <G.H5::1<?<?<C.N<+,]1@ 5&1@.8-?F-*2L I?SL.HK]<]1@ 5&K.8-+)C))a<?CUF+T)CKI? E+LI?.F+T)FLI?.F+T)V?1Wi#2CKa "L4*8a.*T5]<<? #L,1<*C+<?+2.*+, ]L"# 0C#5& IEc [ ] ( ) nmnmnm H i LLL L γρρρ −= P%Q ?CX1<X+1??<G5LXC@ 8KItaGcs)G+* LGM1ECA?X+1?5 ?GC41jFC&X+1??<GC@8KItc dEHH −= > L λ1<?+*"#:?I? FLI?E+L ρ 1< ?+2+2C) i+|L|c 6 [ ] = L ρρ ρρ ρ H − − WdE dEW \ − − WdE dEW ρρ ρρ | | +−− +−− WdEdEW WdEdEW ρρρρ ρρρρ \ +−+− −− ρρρρ ρρρρ WdEWdE dEWdEW | −−−−−− −+−− QPQPQP QPQPQP ρρρρρ ρρρρρ dEWWdE WWdEdE L PQ ?C > WW − = ω 1<G.HK+,5&1@ YC2C@&#?.Hc QP ρρρρρ Γ+Γ−−= idE P$Q > QP ργρρρωρ −−+= idE i P$8Q > QP ργρρρωρ −−−−= idE i P$Q QP ρρρρ Γ−−−= idE P$IQ QP ρρρρ −=− dE i P$WQ Y,4 ρ < ρ +*R./lE5 ET+, < P ρ < ρ MC@RW+1<+2C) 45+,,QM ρ L ρ +*R./KE +,PC14MC@=1<R./K1jF+) C*1<hK1jFQ (K21@?:?S.LCJ„8-.H+ QP … QLP … tt ρρ "&,.c ti L ett ω ρρ QP … QP = L ti L ett ω ρρ − = QP … QP L P3Q ti L ti LL eie ωω ρωρρ …… += L ti L ti LL eiett ωω ρωρρ −− −= … QP … QP P'Q P'Q<PQ<?&#P$Q C@&#.c 9 ( ) > Q …… P ρρρρρ ωωωω Γ+Γ−−+= −− titititi LLLL eeee idE P6Q ( ) ( ) tititititi L ti LLLLLL eee idE eieie ωωωωωω ργρρρωρωρ > > … ……… −−++=+ − P68Q ( ) ( ) tititititi L ti LLLLLL eee idE eieie ωωωωωω ργρρρωρωρ −−−−− −−+−−=− > > … ……… P 6Q ( )( ) > …… ρρρρ ωωωω Γ−−+−= −− titititi LLLL eeee idE P6IQ . > Q ………… P ρρρρρρρ ωω Γ+Γ−+−−= − titi LL ee idE P9Q ( ) ( ) > > … ……… ργρρρωρωρ ω −−+++−= − ti L L e idE ii P98Q ( ) ( ) > > … ……… ργρρρωρωρ ω −−+−−= ti L L e idE ii P9Q > Q ………… P ρρρρρρ ωω Γ−+−−−= − titi LL ee idE P9IQ ?hGC4."8•".HEI?C) ti L e ω < ti L e ω − LCl.ID:& L ωω −=∆ > =1<C)1&GL > dE =Ω =1<G.H78L Γ < Γ ,1<HC)F F E+,< :C@c Q …… P ρρρρρ Γ+Γ−− Ω = i P>Q ( ) ( ) …… ρρργρ − Ω +∆+−= i i P>8Q ( ) ( ) …… ρρργρ − Ω −∆−−= i i P>Q Q …… P ρρρρ Γ−− Ω −= i P>IQ > . Chương 2 ' ĐIỀU KHIỂN SỰ HẤP THỤ VÀ TÁN SẮC TRONG HỆ NGUYÊN TỬ 87 Rb CẤU HÌNH LAMBDA 2.1. Cấu trúc năng lượng của nguyên tử 87 Rb 2.1.1. Cấu trúc tinh. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ------------ HOÀNG HỒNG KHUÊ ĐIỀU KHIỂN SỰ HẤP THỤ VÀ TÁN SẮC TRONG HỆ NGUYÊN TỬ 87 Rb CẤU HÌNH LAMBDA Chuyên