4. Phương pháp nghiên cứu
3.11. Nghiên cứu mở rộng tính năng của hệ thí nghiệm tích hợp
3.11.3. Các thiết bị và linh kiện cần bổ sung
Các thí nghiệm phát triển dựa trên hệ thí nghiệm tích hợp nếu chỉ sử dụng các thiết bị quang học có sẵn như đã trình bày trong mục 2.2 là khơng đủ. Do đó cần bổ sung thêm một số thiết bị, như LD3 là laser hãng Moglabs đã trình bày trong mục 3.9.2. Ngồi ra cần bổ sung thêm một số thiết bị sau:
a. Bộ điều biến điện quang (EOM)
Chúng tôi sử dụng bộ điều biến điện quang EO-AM-NR-C1 của hãng Thorlab. Bộ điều biến điện quang này hoạt động ở miền bước sóng 600 nm đến 900 nm phù hợp với miền bước sóng mà chúng tơi lựa chọn để khảo sát. Hình dạng của bộ điều biến điện quang như trong Hình 3.28. Bảng 3.2 mơ tả sự phụ thuộc của điện áp vào và dịch chuyển pha của chùm sáng sau khi truyền qua bộ điều biến điện quang.
Bảng 3.2 Mối quan hệ giữa điện áp vào và dịch chuyển pha
Bộ điều biến điện quang được chúng tôi sử dụng để tạo xung bằng cách điều biến cường độ chùm laser.
b. Bộ điều biến âm quang (AOM)
Chúng tôi sử dụng bộ điều biến âm quang AOMO 3080 – 125 của hãng Topica như Hình 3.25 với các thơng số như sau:
+ Miền bước sóng hoạt động 415 nm – 900 nm. + Điều biến tần số so với tần số trung tâm 80 MHz. + Thời gian tăng 25 ns.
+ Cơng suất điều biến 1 W.
Hình 3.29 Bộ điều biến âm quang AOM của hãng Topica.
Bộ điều biến âm quang được chúng tôi sử dụng dùng để điều biến tần số của chùm laser.
Kết luận chương III
Nghiên cứu sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ, hệ số tán sắc, tính định hướng phân cực của chùm sáng vào cường độ, tần số các chùm laser, bằng cách thực hiện hơn 12 phép đo phổ khác nhau được tiến hành trên hệ thí nghiệm đã xây dựng. Trong các phép đo phổ, chúng tơi đã trình bày chi tiết quy trình sử dụng hệ thí nghiệm, phân tích và xử lý các tín hiệu phổ thu được.
- Một số kết quả thu được từ hệ thí nghiệm như sau:
+ Quan sát phổ nguyên tử 85Rb bằng kỹ thuật phổ bơm chọn lọc vận tốc,
thu được 6 vạch phổ ứng với các dịch chuyển 52S1/2 (F = 3) → 52P3/2 (F’ = 2, 3,
4) của ba nhóm nguyên tử tương tác với laser bơm. Kết quả thu được cho thấy vị trí của các vạch phổ phù hợp mơ hình lý thuyết chúng tơi đã xây dựng.
+ Quan sát phổ EIT thu được 6 cửa sổ EIT trong trường hợp chùm bơm và chùm dò ngược chiều, 7 cửa sổ EIT trong trường hợp chùm bơm và chùm dò cùng chiều và 13 cửa sổ EIT trong trường hợp có cả hai chùm bơm cùng chiều, ngược chiều. Số cửa sổ thu được nhiều hơn số cửa sổ của hệ thí nghiệm quan sát EIT đầu tiên đã xây dựng tại trường Đại học Vinh (3 cửa sổ). Ở đây, chúng tơi cũng đã xây dựng mơ hình lý thuyết giải thích sự hình thành các cửa sổ, cũng như thay đổi các tham số để điều khiển vị trí, cường độ của vạch phổ và quan sát phổ tán sắc khi có mặt hiệu ứng EIT.
+ Quan sát phổ EIA với 5 đỉnh hấp thụ tăng cường trên đường hấp thụ mở rộng Doppler khi chùm laser bơm ngược chiều chùm laser dò.
+ Quan sát được hiệu ứng Macaluso-Corbino và cho thấy sự quay mặt phảng phân cực của môi trường tại các dịch chuyển cộng hưởng.
+ Có thể thực hiện được sự chuyển mạch tồn quang trong mơi trường nguyên tử Rubi, bốn mức năng lượng cấu hình kép V + Ξ bằng cách sử dụng ba chùm laser có bước sóng lần lượt là 776 nm, 780 nm và 795 nm.
+ Môi trường chiết suất âm xuất hiện khi thay đổi cường độ trường laser Coupling có 38 MHz c < 78 MHz với p = 2 MHz, c = 0 MHz và T = 300 K.
Trên cơ sở các linh kiện, thiết bị của hệ thí nghiệm và mơ hình lý thuyết đã xây dựng, chúng tơi đã đề xuất xây dựng các hệ thí nghiệm đo vận tốc nhóm ánh sáng, đo chiết suất Kerr, đo chiết suất âm và chuyển mạch quang.
KẾT LUẬN CHUNG
Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm, của các hệ quan sát phổ hấp thụ, tán sắc khi có hiệu ứng bão hịa, EIT và EIA được công bố gần đây (trong nước và trên thế giới). Chúng tôi đã thiết kế và xây dựng được hệ thí nghiệm tích hợp được trên 12 phép đo phổ phân giải cao dùng để nghiên cứu tính chất quang của mơi trường, bao gồm:
+ Đo phổ hấp thụ và hấp thụ bão hòa. + Đo phổ tán sắc và tán sắc bão hòa.
+ Đo phổ hấp thụ và phổ tán sắc EIT với ba cấu hình khác nhau gồm cấu hình bơm-dị cùng chiều, cấu hình bơm-dị ngược chiều và cấu hình hai chùm bơm ngược chiều.
+ Đo phổ EIT dựa trên kỹ thuật bơm chọn lọc vận tốc. + Quan sát hiệu ứng Macaluso-Corbino.
+ Đo phổ hấp thụ EIA trong trường hợp chùm bơm ngược chiều với chùm dò.
Hệ thí nghiệm được xây dựng trên mặt bàn quang học, có kích thước nhỏ gọn (45 cm x 60 cm), dễ dàng chuyển đổi giữa các cấu hình đo phổ khác nhau bằng cách đóng mở các bản khóa chùm và gương phản xạ. Điều này làm giảm chi phí xây dựng và chi phí vận hành so với nhiều hệ dàn trải, thiết kế linh động của hệ giúp tiết kiệm thời gian lắp đặt, khảo sát các thí nghiệm khác nhau. Đặc biệt, chúng tôi đã quan sát được 13 vạch phổ EIT khi sử dụng hai chùm bơm truyền ngược chiều. Kết quả này đòi hỏi độ phân giải rất cao và là kết quả thực nghiệm đầu tiên được công bố.
Trên cơ sở các nghiên cứu về tính chất quang của mơi trường, chúng tơi đã tiến hành xây dựng một số mơ hình lý thuyết và phù hợp tốt với các phép đo
thực nghiệm trong đề tài tài. Từ đó, đề xuất hướng phát triển hệ thiết bị và mơ hình lý thuyết cho nghiên cứu chuyển mạch toàn quang, chiết suất âm và vận tốc nhóm ánh sáng.
Các kết quả nghiên cứu có vai trị quan trọng khơng chỉ kiểm nghiệm được các kết quả nghiên cứu lý thuyết mà tạo tiền đề quan trọng cho đầu tư phát triển các nghiên cứu thực nghiệm về điều khiển tính chất quang của nguyên tử ở các trường đại học với kinh phí hợp lý, thúc đẩy các nghiên cứu ứng dụng liên quan trong tương lai. Hệ thí nghiệm đã được gửi đăng ký sáng chế tại Cục sở hứu trí tuệ quốc gia.
CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ A. Các bài báo trong nước và quốc tế
1. Nguyen Van Ai, Nguyen Huy Bang and Le Van Doai, “Negative refractive index in a Doppler broadened three-level Λ-type atomic medium”, Physica
scripta, 97 (2022) 025503. https://doi.org/10.1088/1402-4896/ac437a
2. Khoa Dinh Xuan, Ai Nguyen Van, Dong Hoang Minh, Doai Le Van, and Bang Nguyen Huy. “All-Optical Switching In A Medium of A Four-Level
Vee-Cascade Atomic Medium”, Optical and quantum electronics, 164
(2022) 63. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-833664/v1.
3. Nguyen Van Ai, Do Mai Trang, Le Canh Trung, Luong Thi Yen Nga, Trinh Ngoc Hoang, Le Van Doai, Nguyen Van Phu, Dinh Xuan Khoa and Nguyen Huy Bang, “Phổ tán sắc của hiệu ứng EIT trong môi trường khí ngun tử 85Rb khi có hiệu ứng Doppler,” Tạp chí khoa học trường Đại học Vinh, Tập 49 - Số 4A/2020, tr. 5-11.
4. Le Canh Trung, Nguyen Van Ai, Phan Van Thuan, Dinh Xuan Khoa, and
Nguyen Huy Bang, “Measurement of dispersion in a Doppler broaden 87Rb
atoms under optically saturated excitation”, The 5th Academic Conference on Natural Science for Young Scientists, Masters, and PhD Students from ASEAN Countries, 4-7 October 2017, Da Lat, Vietnam, ISBN: 978-604-913-088-5, pp 98-103.
5. Phan Van Thuan, Ta Tram Anh, Le Canh Trung, Nguyen Tien Dung, Luong Thi Yen Nga, Dinh Xuan Khoa, Le Van Doai, Nguyen Huy Bang, and
Nguyen Van Ai. ‘Controlling Optical Bistability in a Five-Level Cascade
EIT Medium’. Communications in Physics 26, no. 1 (18 July 2016): 33– 33. https://doi.org/10.15625/0868-3166/26/1/8213.
6. Nguyen Van Ai, Le Van Doai, Do Mai Trang, Phan Van Thuan, Dinh Xuan Khoa, and Nguyen Huy Bang, “A novel compact spectroscopic setup for
teaching atomic physics in universities”, submitted to Physical Review A
(2022).
B. Sáng chế
Tên sáng chế: Bộ KIT tạo hiệu ứng trong suốt cảm ứng điện từ (EIT) và phổ phân giải siêu cao (được chấp nhận đơn), Cục sở hữu trí tuệ quốc gia
(số đơn: 1-2021-01614).