4. Phương pháp nghiên cứu
1.5. Một số ứng dụng của môi trường EIT
1.5.1. Làm chậm vận tốc nhóm ánh sáng
Xét một xung sáng làn truyền qua mơi trường vật chất với tần số góc (xung là một bó sóng bao gồm nhiều tần số rất sát nhau và rất gần với tần số ). Biểu thức pha của sóng này có thể viết dưới dạng [55],
n z t . (1.27)
c
Vì không thay đổi bậc nhất đối với , tức là: d/d = 0. Do đó: dn z
c d nz
t 0 , (1.28)
c
mà z = vg.t với vg là vận tốc nhóm của xung và được cho bởi:
v c c = d , (1.29) trong đó: g n dn ng dk d ng = n + dn d , (1.30)
gọi là chiết suất nhóm của mơi trường đối với sóng điện từ có tần số . Trong mơi trường khí, hệ số tán sắc liên quan đến phần thực của độ cảm điện của môi trường. Nên vận tốc nhóm phụ thuộc vào độ cảm điện theo biểu thức
vg c 1 d ( ) . (1.31) 2 2 d
Như vậy, nếu độ dốc của đường tán sắc càng lớn thì dn/d càng lớn. Do đó, vận tốc nhóm sáng ánh rất nhỏ (ta gọi là ánh sáng chậm). Đối với mơi trường EIT, đường cong tán sắc có độ dốc rất lớn và có thể điều khiển được. Điều này
có nghĩa là có thể thay đổi được vận tốc nhóm của ánh sáng xuống giá trị rất nhỏ, thậm chí có thể làm dừng hồn tồn một xung ánh sáng trong môi trường EIT.
Để đo vận tốc nhóm của ánh sáng, chúng ta chỉ việc xác định chiết suất nhóm ánh sáng thơng qua xác định độ dốc của đường tán sắc và thông qua biểu thức (1.29). Từ đó ta có thể xác định được vận tốc nhóm của ánh sáng. Chúng ta cũng có thể xác định vận tốc nhóm ánh sáng truyền qua mơi trường bằng cách so sánh hiệu quang trình của hai xung ánh sáng truyền qua mơi trường. Đối với ánh sáng có tần số gần tần số cộng hưởng, chiết suất của mơi trường đối với ánh sáng là ng, cịn với ánh sáng ở xa tần số cộng hưởng, chiết suất của ánh sáng đối với môi trường gần bằng 1. Gọi L0 là khoảng cách từ nguồn phát xung đến đầu thu, L là chiều dài của mơi trường khí ngun tử, t là độ lệch thời gian giữa hai xung sáng. Thời gian truyền từ nguồn đến đầu thu của hai xung sáng lần lượt là
Do đó t + t = L/vg +(L0 – L)/c, (1.32) t = L0/c. (1.33) vg cL L ct (1.34)
1.5.2. Phi tuyến Kerr khổng lồ
Hiệu ứng phi tuyến Kerr là sự thay đổi chiết suất của môi trường phụ thuộc vào cường độ chùm sáng như sau:
n = n0 + n2.I, (1.35)
trong đó, n là chiết suất hiệu dụng của môi trường, n0 là chiết suất tuyến tính của mơi trường, I là cường độ chùm sáng chiếu của qua môi trường, n2 là hệ số
phi tuyến Kerr của môi trường. Đối với môi trường EIT, người ta đã quan sát được hệ số phi tuyến Kerr được tăng cường rất đáng kể (hệ số phi tuyến Kerr của môi trường EIT lớn gấp hàng triệu lần so với môi trường thông thường) trong miền của sổ EIT.
Để đo hệ số phi tuyến Kerr của môi trường, chúng ta cần xác định chiết suất của môi trường qua phép đo vận tốc nhóm truyền qua mơi trường (như đã trình bày ở 1.5.1), từ đó xác định được chiết suất của mơi trường theo cường độ chùm sáng n = c/v, qua đó xác định hệ số phi tuyến Kerr theo công thức
(1.36). n n n0 2 I (1.36) 1.5.3. Lưỡng ổn định quang
Lưỡng ổn định quang (OB) có nhiều ứng dụng quan trọng trong các máy khuếch đại, chuyển mạch quang, bộ nhớ và xử lý thơng tin tồn quang. Đây là các bộ phận cốt lõi nhất cho thiết bị điện tử và quang tử hiện đại (thiết bị chuyển mạch tồn quang) có tốc độ truyền và xử lý tín hiệu siêu nhanh.
Hệ lưỡng ổn định quang là hệ có đường đặc trưng về mối quan hệ giữa các cường độ sáng đầu vào II và đầu ra IT được mô tả như trên Hình 1.15. Theo đó, trong miền lưỡng ổn định quang (miền được giới hạn bởi hai đường nét đứt thẳng đứng), với cùng một giá trị của cường độ sáng đầu vào nhưng cường độ sáng đầu ra có thể nhận một trong hai giá trị thấp (ứng với nhánh dưới) hoặc cao (ứng với nhánh trên) tùy thuộc vào lịch sử thay đổi của cường độ sáng đầu vào.
Iphản hồi Mơi trường phi tuyến
Hình 1.15 Đường đặc trưng về mối quan hệ vào - ra của hệ lưỡng ổn định
quang học (a) và sơ đồ nguyên lí của hệ lưỡng ổn định quang học (b).