4. Phương pháp nghiên cứu
3.7. Quan sát phổ EIA cấu hình bơm-dị ngược chiều
3.7.1. Quy trình đo phổ
Tương tự như quy trình đo phổ EIT, để tạo hiệu ứng hấp thụ cảm ứng điện từ (EIA), chúng tơi sử dụng laser DL2 làm laser bơm. Bước sóng của các chùm laser được xác định bằng máy đo bước sóng. Tần số của các laser được xác định dựa vào kỹ thuật khóa tần số như đã trình bày trong mục 2.3.3.1. Sau đó chúng ta thực hiện các bước như sau:
Bước 1: Khóa mode tần số đến dịch chuyển mong muốn. Ở đây, chúng
tôi sẽ quan sát hiệu ứng EIA đối với đồng vị 87Rb của nguyên tử Rubi, vì vậy đầu tiên chúng ta cần dựa vào tín hiệu phổ hấp thụ bão hịa để điều chỉnh miền quét tần số laser dò DL1 quanh dịch chuyển 52S1/2(F = 2) 52P3/2(F = 1, 2, 3). Tiếp theo, sử dụng sơ đồ khóa mode đối với laser bơm DL2 (Hình 2.47), tiến 1 3 3 1
hành điều chỉnh tần số laser quét trong miền dịch chuyển D2, sau đó giảm dần miền quét tần số của laser và điều chỉnh sao cho dịch chuyển mong muốn ln nằm chính giữa miền quét. Giảm miền quét về giá trị cực tiểu để thu được tần số mong muốn. Tiếp theo chuyển laser sang chế độ khóa tần số ứng với tín hiệu laser phản hồi.
Bước 2: Điều chỉnh cường độ và chiều truyền của laser bơm DL2. Đối
với trường hợp tạo EIA cấu hình chùm bơm ngược chiều với chùm dị, chúng ta đóng khóa S2, mở S3 và sử dụng kính phân cực P2, bộ lọc trung hòa ND2 để thay đổi cường độ chùm laser nằm trong khoảng từ 0.5 mW/cm2 đến 10 mW/cm2.
Bước 3: Kiểm tra sự chồng nhau giữa chùm dò và chùm laser bơm sao
cho chùm dò và chùm bơm trùng nhau tại trung tâm của buồng mẫu. Tín hiệu sẽ thu được tốt nhất khi chùm bơm và chùm dị hồn tồn trùng với nhau. Để thay đổi phương truyền của laser DL2, chúng ta quay gương M3. Các gương và bản tách chùm sử dụng để điều khiển chùm laser dị thì chúng ta cố định do q trình tinh chỉnh giao thoa kế Mach-Zehnder địi hỏi độ chính xác và mất nhiều thời gian.
Bước 4: Kết nối Photodetector với dao động ký điện tử. Trong hệ này
Photodetector được để ở chế độ trở kháng dao động từ 100 K đến 1 M tùy vào cường độ tín hiệu chùm laser dị.
Bước 5: Thay đổi các tham số cần khảo sát và thu dữ liệu.
3.7.2. Phổ EIA cấu hình bơm-dị ngược chiều
Sơ đồ thí nghiệm quan sát hiệu ửng EIA giống như trong trường hợp khảo sát hiệu ứng EIT, ở đây chùm laser bơm được chúng tơi khóa tại lân cận dịch chuyển 52S1/2(F = 2) 52P3/2(F = 2) trong khi chùm laser dị được khóa
trong miền dịch chuyển 52S1/2(F = 1) 52P3/2(F = 0, 1, 2). Cường độ chùm laser bơm 2 mW/cm2, cường độ chùm laser dò 0.05 mW/cm2, kết quả thu được tín hiệu phổ như trên Hình 3.12.
Hình 3.12 Phổ hấp thụ khi có mặt hiệu ứng EIA ứng với dịch chuyển 52S1/2(F = 1)
52P3/2(F = 0, 1, 2) của nguyên tử 87Rb.
Chúng ta thấy trên nền hấp thụ xuất hiện 5 vị trí EIA. Mơ hình lý thuyết giải thích sự hình thành các vị trí EIA được biểu diễn như trong Hình 3.13. Khi khóa tần số laser bơm tại giá trị c, có độ lệch tần so với tần số của các dịch chuyển F = 2 F = 1; F = 2 F = 2 và F = 2 F = 3 lần lượt là c4 = 42
– c, c5 = 52 – c và c6 = 62 – c. Khoảng cách giữa các mức năng lượng |4 (F = 1), |5 (F = 2), |6 (F = 3) nhỏ hơn độ rộng Doppler do đó, chùm laser bơm sẽ kết hợp với cả ba dịch chuyển F = 2 F = 1; F = 2 F = 2 và F = 2 F = 3 ứng với ba nhóm nguyên tử có vận tốc lần lượt v24, v25, và
v26. Các nhóm nguyên tử dưới tác dụng của chùm bơm khi gặp tần số laser dò quét
hưởng hấp thụ với chùm laser dò tại các tần số p1, p2, p3, p4, p5 ứng với hai nhóm nguyên tử có vận tốc v24 và v25. Do các mức F = 1; F = 2; F = 3 ở gần nhau và theo quy tắc lọc lựa, chùm laser dò chỉ tương tác được với các dịch chuyển F = 2 F = 1; F = 2 F = 2 ứng với cấu hình Lamda. Do đó, chúng ta chỉ thu được sự hấp thụ cộng hưởng ứng với các tần số chùm dò p1, p2, p3, p4, p5 trong khi đó các tần số của dịch chuyển p6, p7, p8 không quan sát thấy hiện tượng hấp thụ cộng hưởng. Trên Hình 3.12, vị trí của 5 đỉnh hấp thụ cộng hưởng từ trái qua phải ứng với các dịch chuyển tương ứng là (1) F = 1 F = 0; (2) F = 1 F = 1; (3) F = 1 F = 1; (4) F = 1 F = 2; (5) F = 1 F = 2. Ta có: p1 = c + 12 – 35, (3.26) p2 = c + 12 – 45, (3.27) p3 = c + 12 – 34, (3.28) p4 = c + 12, (3.29) p5 = c + 12 + 45. (3.30) Do đó, khoảng cách giữa các đỉnh hấp thụ cộng hưởng tính được lần lượt là 72.22 MHz; 84.72 MHz; 72.22 MHz; 156.94 MHz. Khoảng cách giữa các cửa sổ không phụ thuộc vào tần số chùm laser bơm c.
Để xác thực giả thuyết chùm dị chỉ tương tác với hai nhóm ngun tử có vận tốc v24 và v25. Đầu tiên, chúng tơi tiến hành định cỡ tín hiệu phổ bằng cách sử dụng tín hiệu của giao thoa kế Fabry-Pérot, kết quả thu được khoảng cách giữa các đỉnh hấp thụ cộng hưởng lần lượt là 72.74 1.12 MHz; 85.06 1.12 MHz; 71.53 1.12 MHz;
157.82 1.12 MHz (Hình 3.12). Chúng ta thấy rằng, khoảng cách lớn nhất giữa hai đỉnh phổ ứng với hai tần số laser dị có giá trị lớn nhất và lớn thứ hai. Giá trị đo phù hợp với mơ hình tính tốn trên Hình 3.13.
Hình 3.13 Sơ đồ giải thích sự hình thành các đỉnh EIA trên đường Doppler của
nguyên tử 87Rb.
Hình 3.14 Sự dịch chuyển của các đỉnh hấp thụ cộng hưởng khi thay đổi tần số của
Tiếp theo, khi dịch chuyển tần số chùm laser bơm một lượng 169.90 1.12 MHz, tín hiệu phổ chùm dị thu được cho thấy khi tăng tần số chùm laser bơm 169.90 1.12 MHz, tín các đỉnh hấp thụ cộng hưởng dịch sang phải một lượng như nhau và bằng 169.90 1.12 MHz. Hình ảnh phổ chùm laser dị khi thay đổi tần số laser bơm được biểu diễn như trong Hình 3.14.
Hệ số hấp thụ của mơi trường phụ thuộc vào tần số của laser dò và laser bơm. Khi laser bơm được khóa tại tần số c gần dịch chuyển 52S1/2(F = 2) 52P3/2(F = 2), hệ số hấp thụ của môi trường tăng cường tại năm giá trị tần số p1, p2, p3, p4, p5 như đã đưa ra trong biểu thức (3.26) đến (3.30).