5. Bố cục luận án
2.1.Sơ đồ hệ thí nghiệm đo phổ EIT và tán sắc
Dựa trên nguyên lý tạo hiệu ứng EIT như đã trình bày trong chương 1, chúng tôi đã phát triển bộ thí nghiệm đo phổ hấp thụ bão hòa của hãng TeachSpin [56] thành hệ tạo hiệu ứng EIT và đo phổ tán sắc bằng cách sử dụng thêm một laser diode DL2 (tạo chùm bơm) và giao thoa kế Mach – Zehnder như trên hình 2.1.
35
Ở đây, để cố định tần số laser bơm tại một giá trị mong muốn, chúng tôi lắp thêm cấu hình khóa tần số dựa trên kỹ thuật DAVALL (Dichroic Atomic Laser Lock) được giới hạn bởi các đường chấm chấm trên hình 2.1.
Để xác định phổ bão hòa chúng tôi sử dụng nguồn laser của hãng Teachspin với bước sóng 780.24 nm. Cho chùm laser đi qua bộ cách li quang sau đó đi qua bộ lọc trung hòa đến bản tách chùm BS0 (truyền qua 33%, phản xạ 67 %) được tách thành hai chùm. Chùm laser truyền qua được sử dụng làm chùm dò còn chùm laser phản xạ được sử dụng làm chùm bơm. Cho chùm laser dò truyển qua bàn tách chùm BS1 (truyền qua 92%, phản xạ 8 %). Chùm laser phản xạ khi này chúng tôi cho truyền qua giao thoa kế Fabry – Perot sau giao thoa kế đặt một đầu thu quang PD2 để thu tín hiệu giao thoa. Chùm truyền qua khi cho đi vào giao thoa kế Mach Zender gồm 2 bản tách chùm 50% là BS2, BS3 và hai gương phản xạ 100% là M1 Và M2 các linh kiện này được lắp trên bộ chỉnh ba chiều có độ phân giải không gian cỡ micromet. Sau giao thoa kế Mach – Zender chúng tôi đặt một đầu thu quang PD1 để thu tín hiệu phổ. Trên một nhánh của giao thoa kế Mach – Zender chúng tôi đặt buồng mẫu nguyên tử. Trước hai đầu của buồng mẫu chúng tôi đặt các bản λ/4.
Khi khảo sát phổ hấp thụ bão hòa của nguyên tử chùng tôi đóng một nhánh của giao thoa kế Mach – Zender. Cho chùm laser dò đi qua buồng mẫu và chùm laser bơm sau khi phản xạ ra từ bản tách chùm thứ nhất phản xạ qua hệ thống các gương và bản tách chùm của giao thoa kế Mach – Zender đi vào buồng mẫu. Khi này trên đầu thu quang chúng tôi thu được phổ hấp thụ bão hòa của nguyên tử.
36
Khi khảo sát phổ tán sắc của hấp thụ bão hòa chúng tôi mở nhánh còn lại của giao thao kế Mach – Zender chúng tôi thu được phổ tán sắc của nguyên tử khi có hiện tượng hấp thụ bão hòa.
Để khảo sát phổ EIT chúng tôi sử dụng nguồn laser dò là laser diode của hãng Teachspin với bước sóng 780.24 nm. Cho chùm laser dò truyển qua bàn tách chùm BS1 (truyền qua 92%, phản xạ 8 %). Chùm laser phản xạ khi này chúng tôi cho truyền qua giao thoa kế Fabry – Perot sau giao thoa kế đặt một đầu thu quang PD2 để thu tín hiệu giao thoa. Chùm truyền qua cho đi vào giao thoa kế Mach Zender gồm 2 bản tách chùm 50% là BS2, BS3 và hai gương phản xạ 100% là M1 Và M2 các linh kiện này được lắp trên bộ chỉnh ba chiều có độ phân giải không gian cỡ micromet. Sau giao thoa kế Mach – Zender chúng tôi đặt một đầu thu quang PD1 để thu tín hiệu phổ. Trên một nhánh của giao thoa kế Mach – Zender chúng tôi đặt buồng mẫu nguyên tử. Trước hai đầu của buồng mẫu chúng tôi đặt các bản λ/4.
Chùm laser bơm chúng tôi sử dụng là laser diode MoGlabs ECD – 003 của hãng Moglabs. Cho chùm laser bơm đi qua bộ cách ly quang sau đó đi qua bộ trung hòa cho đi đến gương M3 và cho đi qua bản λ/2 và kính phân cực P2 sau đó cho đi đến bản tách chùm BS4 (truyền qua 33%, phản xạ 67 %) phần truyền qua được đưa đến hệ khóa mode tần số dựa trên kỹ thuật DAVALL. Chùm phản xạ khi này được truyền đến bản tách chùm BS3 cho phản xạ vào buồng mẫu.
Khi chúng tôi khảo sát phổ hấp thụ khi có mặt hiệu ứng EIT chúng tôi chắn một nhánh của giao thoa kế Mach – Zender đi qua gương M2. Cho chùm laser dò đi qua buồng mẫu trên giao động ký thu được phổ hấp thụ của nguyên tử. Cho chùm laser bơm đi vào hệ thống khóa mode xác định tần số thích hợp của chùm laser bơm và khóa mode của chùm laser bơm. Sau đó
37
chúng tôi cho chùm laser bơm đi vào buồng mẫu chúng tôi thu được phổ hấp thụ của nguyên tử khi có mặt hiệu ứng EIT.
Để xác định phổ tán sắc của nguyên tử chúng tôi tiến hành tương tự với việc đo phổ hấp thụ và mở nhánh còn lại của giao thoa kế Mach – Zender khi này trên giao động ký điện tử chúng tôi thu được phổ tán sắc khi có mặt hiệu ứng EIT của nguyên tử.
Việc xác định phổ hấp thụ và phổ tán sắc chúng tôi xác đinh tham số của các laser phù hợp với đối tượng nghiên là nguyên tử Rb, trước hết chúng tôi xác định cường độ bão hòa Ibh (theo đơn vị mW/cm2) [60]:
2 1 10 3 2 21 2, 081.10 / bh g I mW cm g ns nm , (2.1)
với τ là thời gian sống (tính theo ns) của trạng thái kích thích 2 , λ21 là bước sóng (tính theo nm) của dịch chuyển giữa hai trạng thái 2 và 1 , g2 và g1 tương ứng là độ bội suy biến giữa hai trạng thái 2 và 1 .
Sử dụng số liệu của nguyên tử Rb [59], chúng ta xác định được giá trị cường độ bão hòađối với dịch chuyển D2 của nguyên tử 85Rb và 87Rb vào cỡ
Ibh = 2.5 mW/cm2. Đây là giá trị giới cường độ giới hạn của chùm laser dò (nhỏ hơn giá trị bão hòa) trong cả thí nghiệm về hấp thụ bão hòa và tạo hiệu ứng EIT; đồng thời làm tham số để thiết lập giá trị cường độ của laser bơm.
38
Hình 2.2. Sơ đồ lắp đặt thống thí nghiệm đo phổ EIT và tán sắc