4. Phương pháp nghiên cứu
3.2. Khảo sát phổ hấp thụ bão hoà và tán sắc bão hoà
3.2.1. Quy trình đo phổ
Sơ đồ quang học dùng để khảo sát phổ hấp thụ bão hòa và tán sắc bão hịa được mơ tả trong Hình 2.35 và Hình 2.36. Ở đây, gương M5 được sử dụng thay cho bản tách chùm BS5. Mở các bản khóa chùm S2 và S3, cịn S1 đóng trong trường hợp đo phổ hấp thụ bão hịa và S1 mở trong trường hợp đo phổ tán sắc. Thứ tự các bước vận hành hệ tương tự như trong phần 3.1.
Bước 1: Khởi động nguồn, tăng dịng ni đầu phát laser lên 2.4 mA
(ngưỡng phát đầu laser điốt của hãng Teachspin), quan sát chùm Laser bằng camera CCD, nếu thấy tín hiệu laser sáng-tối theo quy luật thể hiện laser đã phát. Trong trường hợp thấy cường độ chùm laser không thay đổi, chứng tỏ buồng cộng hưởng laser chưa thỏa mãn điều kiện cộng hưởng để phát laser, chúng ta cần điều chỉnh góc quay của gương nhiễu xạ, tìm vị trí để có tín hiệu phát cực đại.
Bước 2: Tăng cường độ dịng ni đầu phát laser lên cỡ 5.26 mA, khi
này bước sóng của laser sẽ thay đổi đến 780.24 nm, dùng camera CCD thu phổ phát xạ huỳnh quang của nguyên tử Rubi. Khi điều chỉnh tần số của laser DL1 đến giá trị phù hợp, quan sát tín hiệu trên màn hình CCD, khi xuất hiện hiện tượng phát xạ huỳnh quang, tín hiệu phổ huỳnh quang sẽ hiện rõ trên màn hình là một đường sáng nhấp nháy liên tục.
Bước 3: Sau khi quan sát thấy xuất hiện phổ huỳnh quang của mơi trường ứng với bước sóng 780.24 nm, điều chỉnh chùm laser đi vào giao thoa kế Fabry- Pérot sao cho tín hiệu phổ thu được xuất hiện vân giao thoa có tín hiệu lớn nhất. Điều chỉnh miền qt tần số của laser đến giá trị cỡ 10 GHz.
Bước 4: Điều chỉnh các nhánh của giao thoa kế sao cho chùm tia của hai nhánh giao thoa sau khi đi ra BS4 trùng nhau hồn tồn, hiệu quang trình nhỏ
hơn 0,5 cm như đã đưa ra trong mục 1.1.
Bước 5: Điều chỉnh cường độ của chùm laser dị. Đối với chùm laser
đóng vai trị là laser dị, chúng ta phải điều chỉnh cường độ chùm laser dò nhỏ hơn cường độ chùm laser bão hòa Isat = 2 mW/cm2. Trong thiết lập này, chúng ta ln điều khiển chùm laser dị nhỏ hơn 0.1 mW/cm2, để tránh hiệu ứng tự hội tụ của chùm tia.
Bước 6: Đóng mở bộ khóa chùm tia S1 tùy vào mục đích cần khảo sát. Bước 7: Thay đổi cường độ chùm laser bơm bằng cách thay đổi bộ lọc
trung hịa, hoặc góc quay của kính phân cực. Cường độ chùm laser được điều chỉnh tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu, thơng thường chúng ta điều chỉnh chùm laser bơm dao động từ 0.5 mW/cm2 đến 10 mW/cm2.
Bước 8: 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.
3.2.2. Phổ hấp thụ bão hoà và tán sắc bão hồ
Thơng tin về hệ số hấp thụ và hệ số tán sắc khi có sự xuất hiện của chùm laser bơm được biểu diễn như trong Hình 3.2. Chúng ta thấy có sáu vạch phổ xuất hiện trên đường hấp thụ của nguyên tử 85Rb và nguyên tử 87Rb, độ rộng của các vạch phổ hấp thụ bão hịa thu được có giá trị 23 1 MHz đối với nguyên tử 85Rb và 20 1 MHz đối với nguyên tử 87Rb. Thời gian sống của trạng thái kích thích 5P3/2 cỡ khoảng 28 ns, do đó độ rộng tự nhiên của các vạch siêu tinh tế tính theo hệ thức bất định Heisenberg 2 = 1/(2) = 6 MHz là nhỏ hơn rấtnhiều so với giá trị đo. Sự sai khác này là do có sự tương tác giữa các ngun tử và hai chùm laser khơng hồn tồn trùng nhau. Vị trí của các vạch phổ từ trái sang ứng với các dịch chuyển 52S1/2(F = 2) 52P3/2(F = 1, C12, 2, C13,
C23, 3) với C12, C13, C23 tương ứng là các dịch chuyển bão hoà chéo (crossover) của nguyên tử 85Rb. Các dịch chuyển theo thứ tự từ trái sang 52S1/2(F = 3) 52P3/2(F = 2, C23, 3, C24, C34, 4), với C23, C24, C34 tương ứng là các dịch chuyển bão hoà chéo (crossover) của nguyên tử của 85Rb.
Hình 3.2 Phổ hấp thụ bão hịa (a) và phổ tán sắc bão hòa (b).
Kết quả phép đo phổ tán sắc bão hòa của các nguyên tử của 85Rb và của 87Rb, được mơ tả như trong Hình 3.2b. Trên đường tán sắc, tại vị trí các vạch phổ hấp thụ bão hòa xuất hiện thêm các miền tán sắc thường. Các miền tán sắc
thường xuất hiện trên nền các đường tán sắc dị thường. Độ dốc của đường tán sắc tại vị trí các dịch chuyển siêu tinh tế tăng, do đó chiết suất của mơi trường được tăng cường.