4. Phương pháp nghiên cứu
3.3. Khảo sát phổ EIT và tán sắc EIT cấu hình bơm-dị ngược chiều
3.3.2. Phổ EIT và tán sắc EIT cấu hình bơm-dị ngược chiều
Trong thí nghiệm này, laser DL2 được khóa tại dịch chuyển 52S1/2 (F = 3) 52P3/2 (F = 3) của nguyên tử 85Rb, trong khi đó laser DL1 được điều chỉnh tần số quét trong miền dịch chuyển D2 của nguyên tử Rubi. Cả hai laser cùng kích thích từ mức cơ bản 52S1/2(F = 3). Cường độ chùm laser dò từ DL1 truyền qua buồng mẫu Rubi được điều chỉnh giảm xuống tới 0.01 mW/cm2 bằng cách sử dụng kính phân cực P1 và bộ lọc ND1, cường độ chùm laser liên kết DL2 truyền qua buồng mẫu được điều chỉnh tới giá trị 2 mW bằng kính phân cực P3. Thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ phòng (T = 299 K), hình ảnh phổ hấp thụ khi có hiệu ứng trong suốt cảm ứng điện từ thu được từ thí nghiệm được biểu diễn trong Hình 3.3a, hình ảnh phổ tán sắc của sáu cửa sổ EIT được mơ tả như trong Hình 3.3b.
Hình 3.3 Hình ảnh phổ EIT của nguyên tử 85Rb ứng với dịch chuyển 52S1/2(F = 3)
52P3/2(F’ = 2, 3, 4): hấp thụ (a) và tán sắc (b).
Trong Hình 3.3a chúng ta thấy trên đường hấp thụ Doppler xuất hiện 6 cửa sổ EIT, chúng ta có thể giải thích sự xuất hiện các cửa sổ EIT này tương tự như mơ hình của Kang Ying [45] đã giải thích sự hình thành 7 cửa sổ EIT trong trường hợp bơm-dị cùng chiều (xem mục 2.1.3).
Trong trường hợp này, chùm laser bơm sẽ liên kết độc lập với ba nhóm nguyên tử (xem mục 2.1.3) chuyển động với vận tốc khác nhau, ứng với ba dịch chuyển 52S1/2(F = 3) 52P3/2(F’ = 2, 3, 4). Do đó, khi chùm laser dị qt qua ba nhóm nguyên tử này, mỗi nhóm nguyên tử tương tác với chùm laser bơm, sẽ giảm hấp thụ với ba giá trị tần số của laser dị. Tuy nhiên, có ba giá trị tần số bị trong suốt ở ba nhóm nguyên tử trùng nhau, do đó chúng ta chỉ quan sát thấy 6 cửa sổ trên đường cong hấp thụ mở rộng Doppler.
Sử dụng giao thoa kế Mach-Zehnder quan sát phổ tán sắc. Trước hết chúng tơi so sánh tín hiệu phổ hấp thụ và phổ tán sắc khi chưa có EIT như trong Hình 3.4, chúng tơi nhận thấy xung quanh dịch chuyển cộng hưởng (đỉnh hấp thụ) xuất hiện một miền tán sắc dị thường. Kết quả hoàn toàn phù hợp với mơ hình lý thuyết của Libbrecht [61]. Khi có chùm laser bơm, phổ tán sắc của nguyên tử Rubi tại các vị trí có cửa sổ EIT được biểu diễn như trong Hình 3.5.
Hình 3.5 Phổ hấp thụ và tán sắc khi có hiệu ứng EIT của nguyên tử 85Rb, vị trí các cửa sổ tương ứng với các dịch chuyển: (1) F = 3 F = 2 (nhóm A); (2) F = 3 F = 2, 3 (nhóm B,A); (3) F = 3 F = 3 (nhóm B); (4) F = 3 F = 2, 4 (nhóm C,A); (5) F = 3 F = 3, 4 (nhóm C,B); (6) F = 3 F = 4 (nhóm C).
Như trong Hình 3.5 cho thấy, xung quanh 6 cửa sổ EIT xuất hiện 6 miền chiết suất thay đổi (khoảng cách giữa các vị trí cửa sổ đã được chỉ rõ trên hình vẽ). Chúng ta có thể thấy được ba miền chiết suất thường xuất hiện rõ nét trên miền chiết suất dị thường (ở vị trí cửa sổ thứ 4, 5, 6 từ trái sang). Kết quả này phù hợp với kết quả đo của nhóm chúng tơi đã cơng bố năm 2017 [23].
Khi tăng cường độ chùm laser bơm lên tới giá trị 3 mW/cm2, độ sâu của các cửa sổ EIT tăng và chiết suất của các miền tán sắc thay đổi. Kết quả thu được cho thấy, xuất hiện thêm một miền tán sắc thường ở vị trí cửa sổ phía ngồi cùng bên phải, như trên Hình 3.6. Khi tiếp tục tăng cường độ chùm laser bơm, độ rộng miền tán sắc thường tăng vì độ rộng cửa sổ EIT tăng dưới tác dụng của hiện tượng mở rộng do cơng suất. Do đó, cửa sổ thứ nhất và thứ ba từ trái sang bị mờ đi.
Hình 3.6 Phổ tán sắc khi có hiệu ứng EIT của nguyên tử 85Rb ứng với cường độ chùm laser liên kết 3 mW/cm2.
Giữ nguyên cường độ chùm laser bơm, giảm cường độ chùm laser dò xuống 0.07 mW/cm2, giảm tần số của laser bơm và giữ cường độ của chùm laser bơm tại giá trị 3 mW/cm2 chúng tôi thu được phổ hấp thụ và tán sắc của nguyên tử Rubi như trong Hình 3.7a. Kết quả cho thấy tại vị trí cửa sổ thứ hai từ trái sang xuất hiện miền tán sắc thường, nâng tổng số miền tán sắc thường lên 5 miền.
Giữ nguyên cường độ, tiếp tục giảm tần số chùm laser bơm, tất cả vị trí miền tán sắc đều dịch chuyển sang trái một đoạn giống nhau 68 MHz, khi đó độ dốc của các miền tán sắc đều có sự thay đổi, tại vị trí cửa sổ đầu tiên từ trái sang xuất hiện thêm một miền tán sắc thường, nâng tổng số miền tán sắc thường lên 6 miền (Hinh 3.7b).
Hình 3.7 Phổ hấp thụ và tán sắc của nguyên tử 85Rb khi có mặt hiệu ứng EIT, trường hợp cường độ chùm dò bằng 0.07 mW/cm2, cường độ chùm laser liên kết 3 mW/cm2 (a), phổ tán sắc của khí nguyên tử 85Rb khi giảm tần số laser liên kết, toàn bộ các miền tán sắc dịch chuyển sang trái 68 MHz (b).
Miền tán sắc tại vị trí các cửa sổ EIT ngồi phụ thuộc vào cường độ của chùm laser bơm và laser dị, nó cịn phụ thuộc vào tần số của chùm laser bơm. Quan sát phổ hấp thụ của nguyên tử 85Rb ở nhiệt độ phòng với cường độ chùm laser dò yếu (0.07 mW/cm2) khi có mặt hiệu ứng EIT, chúng tôi thu được 6 cửa sổ EIT trên đường hấp thụ mở rộng Doppler, kết quả cho thấy tại các vị trí cửa sổ EIT, chiết suất của mơi trường thay đổi điều này phù hợp với hệ thức Kramers-Kronig. Sự thay đổi về hệ số tán sắc và độ rộng miền tán sắc phụ thuộc vào cường độ của chùm laser bơm. Kết quả đo phổ tán sắc của mơi trường khí ngun tử 85Rb, khi tần số laser quét qua các dịch chuyển 52S1/2(F = 3) 52P3/2(F’ = 2, 3, 4), thu được tối đa 6 miền tán sắc thường trong miền tán sắc dị thường.