BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH LƯƠNG THÀNH DUY ẢNH HƯỞNG CỦA CƯỜNG ĐỘ CHÙM LASER PHÂN CỰC TRÒN LÊN LỰC LÀM LẠNH TRONG BẪY QUANG - TỪ LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGHỆ AN - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH LƯƠNG THÀNH DUY ẢNH HƯỞNG CỦA CƯỜNG ĐỘ CHÙM LASER PHÂN CỰC TRÒN LÊN LỰC LÀM LẠNH TRONG BẪY QUANG - TỪ Chuyên ngành: QUANG HỌC Mã số: 60.44.01.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: PGS TS HỒ QUANG QUÝ NGHỆ AN - 2012 LỜI CẢM ƠN Trong trình nghiên cứu hoàn thành luận văn này, tác giả nhận nhiều giúp đỡ tận tình cá nhân tập thể Tác giả xin bày tỏ biết ơn chân thành tới PGS TS Hồ Quang Quý, người giao đề tài nghiên cứu người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tác giả suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả gửi lời cảm ơn tới khoa Vật lí khoa Sau Đại học trường Đại học Vinh tạo nhiều điều kiện tốt để tác giả nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, bạn bè đồng nghiệp tận tình giúp đỡ, chia sẻ khó khăn, động viên giúp tác giả để tác giả có thêm niềm tin nghị lực hoàn thành luận văn Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban giám hiệu thầy cô giáo trường THPT Ngọc Lặc, tổ Vật lí trường THPT Ngọc Lặc tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian dài mà tác giả học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Vinh, tháng năm 2012 Tác giả MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chương NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BẪY QUANG -TỪ 1.1 Hiện tượng trao lượng photon cho nguyên tử 1.2 Làm lạnh Dople 1.3 Lực tác động lên nguyên tử trường chùm laser 1.4 Nguyên lý hoạt động bẫy quang từ .8 1.5 Giới hạn nhiệt độ làm lạnh 13 1.6 Quá trình làm lạnh gradient phân cực 16 1.7 Kết luận chương 19 Chương ẢNH HƯỞNG CỦA TRẠNG THÁI PHÂN CỰC TRÒN LÊN LỰC LÀM LẠNH 21 2.1 Các trạng thái phân cực 21 2.1.1 Phân cực Ellip 23 2.1.2 Phân cực tuyến tính (hay phân cực thẳng) 24 2.1.3 Phân cực tròn .25 2.2 Biểu diễn ma trận trạng thái phân cực .26 2.3 Cấu hình kìm ba cặp chùm tia phân cực tròn đối 27 2.4 Phân bố cường độ laser không gian bẫy 29 2.5 Quang lực tác động lên nguyên tử .31 2.6 Khảo sát phân bố lực tác động lên nguyên tử 32 2.6.1 Phụ thuộc lực vào vận tốc nguyên tử 33 2.6.2 Phân bố lực theo vận tốc nguyên tử bán kính hướng tâm .34 2.6.4 Phụ thuộc lực vào vận tốc nguyên tử bán kính hướng tâm khác 36 Điều khẳng định lại nhận định Tốc độ thay đổi lực làm lạnh bán kính hướng tâm khác phân bố Gaussian cường độ tổng theo bán kính hướng tâm 39 2.7 Kết luận 40 KẾT LUẬN CHUNG 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 MỞ ĐẦU Trong kỷ 20, chứng kiến hai kiện quan trọng có ý nghĩa lĩnh vực quang học, phát chất lượng tử ánh sáng phát laser Năm 1900, nhà vật lý học người Đức - Max Planck phát minh thuyết lượng tử, đánh dấu thời kì phát triển Vật lý học nói chung quang học nói riêng Một loạt ngành nghiên cứu hẹp lượng tử đời, bắt đầu học lượng tử Hơn kỷ sau, khoảng năm 60 kỷ XX, lại đón nhận đời loại ánh sáng đặc biệt, ánh sáng Laser Đây loại ánh sáng có đặc tính chưa thấy, chẳng hạn tính đơn sắc cao, tính kết hợp cao, lượng lớn… Với đặc tính ấy, laser giúp có nhìn tổng quan tương tác trường điện từ vật chất có trình tuyến tính phi tuyến [6] Sư đời laser bước ngoặt cho phát triển khoa học công nghệ, từ đời công nghệ chế tạo laser ứng dụng ngày phát triển cách sâu rộng người tiếp tục nghiên cứu để ngày nâng cao hiệu ứng dụng laser Mỗi đề tài khoa học đóng góp vào phát triển đầy đủ tầm hiểu biết người laser Trong năm gần nhiều kết nghiên cứu ứng dụng chùm laser để bẫy hạt có kích thước na nô, đặc biệt sử dụng laser để làm lạnh nguyên tử [2, 5,11] Một thiết bị làm lạnh nguyên tử bẫy quang-từ, thiết bị hữu hiệu công nghệ làm lạnh nguyên tử tạo trạng thái Bose - Einstein vật chất Trong bẫy quang - từ, trình làm lạnh nguyên tử chủ yếu nhờ vào quang lực tác động lên nguyên tử chùm laser Ngoài điều kiện thực nghiệm tham số khác chùm laser, hiệu làm lạnh chủ yếu phụ thuộc vào cường độ chùm laser Cụ thể, sử dụng laser phân cực tròn bẫy quang - từ, hiệu ứng tách mức tính đến, song hiệu ứng tương tác lực lên tâm bẫy (nguyên tử cần bẫy) chưa quan tâm đến Vì rằng, trục lưỡng cực điện gây ánh sáng nguyên tử xác định theo phân cực ánh sáng [12] Do đó, quang lực có tác dụng hướng lưỡng cực điện trùng với hướng phân cực ánh sáng Trong luận văn này, xem xét ảnh hưởng trạng thái phân cực tròn lên lực tác động lên tâm bẫy Chính lẽ mà lựa chọn đề tài: “Ảnh hưởng cường độ chùm laser phân cực tròn lên lực làm lạnh bẫy quang - từ” Luận văn trình bày với cấu trúc gồm có: Phần mở đầu, Phần nội dung gồm hai chương phần kết luận chung Phần mở đầu: Trình bày tổng quan phát triển quang học lí chọn đề tài luận văn Chương I: Luận văn trình bày nguyên lí chung bẫy quang - từ Chương II: Ảnh hưởng trạng thái phân cực tròn lên lực làm lạnh nhiệt độ làm lạnh bẫy quang từ Trong chương luận văn trình bày kết khảo sát phụ thuộc quang lực vào vận tốc nguyên tử, phụ thuộc quang lực vào bán kính hướng tâm, Phân bố lực theo bán kính hướng tâm với vận tốc nguyên tử khác nhau, Phụ thuộc lực vào vận tốc nguyên tử bán kính hướng tâm khác Kết luận chung: Trình bày tóm tắt kết qủa nghiên cứu Chương NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BẪY QUANG -TỪ 1.1 Hiện tượng trao lượng photon cho nguyên tử Như biết, photon bị hấp thụ lượng lượng dịch chuyển nguyên tử   Theo định luật bảo toàn xung lượng xung lượng photon p =  k trao cho nguyên tử (xem hình 1.1.1a, b) Phương hướng xung lượng trao cho nguyên tử trùng với phương hướng photon bị hấp thụ [10] (a) (b) Hình 1.1.1 Mô tả tác động áp lực ánh sáng lên nguyên tử (a): trước tác động (b): Sau tác động Sự thay đổi vận tốc nguyên tử sau hấp thụ photon không lớn ( ∆υ ≈ 1cm / s ) so với vận tốc nguyên tử tự nhiệt độ phòng (vào khoảng vài m/s) Tuy nhiên, sử dụng chùm tia laser chùm photon định hướng vạch phổ hẹp có 10 lần hấp thụ photon giây Trong điều kiện nguyên tử chuyển động ngược chiều với chùm laser bị làm chậm lại, chí bị giữ nguyên giây lát Hiện tượng hấp thụ kéo theo tượng phát xạ tự nhiên thời gian sống đặc trưng mức kích thích tương ứng Mỗi photon phát xạ tự nhiên đóng góp vào xung lượng nguyên tử Nhưng trình 29 Với lập luận tương tự, ta có thành phần biên độ chùm tia khác sau: • Chùm tia thuận chiều trục y: Ez = j E , Ex = − E 2 (2.3.2c) • Chùm tia ngược chiều trục y: Ez = j E , Ex = − E 2 (2.3.2d) • Chùm tia thuận chiều trục z: Ex = j E, Ey = − E 2 (2.3.2e) • Chùm tia ngược chiều trục z: Ex = j E, Ey = − E 2 (2.3.2f) Như vậy, phân cực tròn, nên biên độ chùm tia trục vuông góc với trục lan truyền không Điều dẫn đến tác động chùm tia lên hạt cần bẫy không theo hướng Để biết điều đó, trước tiên tính phân bố cường độ chùm tia theo không gian chùm tia phân cực tròn 2.4 Phân bố cường độ laser không gian bẫy Giả sử chùm tia laser sóng phẳng, liên tục, có phân bố Gauss tiết diện ngang với bán kính thắt chùm W0 tất chùm tia hội tụ vào điểm tâm bẫy, tức là, véc tơ điện trường mô tả theo dạng sau chùm tia truyền theo trục x:  y2 + z2    x  E ( x , t ) = A exp  − ÷exp  j 2πν  t − ÷ W0   c    + (2.4.1a) Tương tự, có véc tơ điện trường chùm tia truyền ngược trục x: 30  y2 + z2    x  E ( x − , t ) = A exp  − ÷exp  j 2πν  t + ÷ W0   c    (2.4.1b) Từ công thức (2.3.2a) (2.4.1a), ta có biên độ chùm tia phân cực tròn phải, σ+ là:  y2 + z2    x  Ey ( x , t ) = A exp  − ÷exp  j 2πν  t − ÷ W0   c    + (2.4.2a) trục y  y2 + z2   j  x  Ez ( x , t ) = − A exp  − exp j πν ÷  t − ÷  W02   c    + trục z, đó, (2.4.2b) A ≡ A exp( jϕ) Từ (2.4.2a) (2.2.4), ta tính cường độ chùm tia truyền theo trục x sau: Ay2  y2 + z  I0  y2 + z2  I y (x , t) = E(x , t) = exp  −2 ÷ = exp  −2 ÷ 2η W02  W02    + + (2.4.3a) Ay2  y + z  I0  y2 + z2  I z (x , t) = E(x , t) = exp  −2 ÷ = exp  −2 ÷ 2η W02  W02    + + (2 4.3b) đó, I = A / η , η = µ / ε / n ≈ 377Ω / n trở kháng môi trường Qua ta thấy cường độ chùm tia phân cực tròn phân bố hai trục vuông góc với phương truyền phân bố theo hàm Gaussian Tương tự, ta có cường độ trục cho chùm tia lại với việc tọa độ tương ứng, tức là:  y2 + z2  I0 I y ( x ) = I z ( x ) = I y ( x ) = I z ( x ) = exp  −2 ÷ W02   (2.4.3c)  z2 + x2  I0 I z ( y ) = I x ( y ) = I z ( y ) = I x ( y ) = exp  −2 ÷ W02   (2.4.3d) + + + + − − − − 31 I x ( z + ) = I y (z + ) = I x ( z − ) = I y (z − ) =  x2 + y  I0 exp  − ÷ W02   (2.4.3e) Từ (2.4.3c), (2.4.3d) (2.4.3e), cường độ tổng phân cực theo trục x là:  x2 + z  I0  x2 + y  I0 exp  −2 + exp ÷  −2 ÷ 2 W W02     (2.4.4a)  y + z  I0  x2 + y2  I0 I y ( x, y , z ) = exp  − ÷ + exp  −2 ÷ W02  W02    (2.4.4b) I x ( x, y , z ) = theo trục y theo trục z  x2 + z  I0  y2 + z2  I0 I z ( x, y , z ) = exp  − ÷+ exp  −2 ÷ W02  W02    (2.4.4c) Sử dụng cường độ tổng trên, tính lực tác động lên nguyên tử 2.5 Quang lực tác động lên nguyên tử Giả sử nguyên tử chịu tác động ánh sáng truyền theo trục x có phân cực theo trục y Khi đó, từ (1.3.6) (2.4.4b), tổng lực tác động lên nguyên tử là:   x2 + y   x + z   8hk 2δ V I0  FT ≅ exp  −2 ÷+ exp  −2 ÷ I s  W02  W02   γ   × 2   x2 + y   x + z    2δ   I0  1 +   exp  −2 ÷+ exp  −2 ÷ + W02  W02    γ ÷    I s    Sau đặt S = I / I s , ta có: (2.5.1) 32  x2 + y2 S FT ≅ exp  −2  W02  ×    x + z   8hk 2δ V ÷+ exp  −2 ÷ W02   γ    S  x2 + y   x + z    2δ   + exp 1 + exp  −2  ÷  −2 ÷ + W02  W02    γ ÷       (2.5.2) Từ (2.5.2), có nhận xét: Trong trường hợp phân bố cường độ chùm laser không phụ thuộc tọa độ x, y, z , tức cường độ điểm không gian nhau, hay tọa độ x = 0, y = z = 0, biểu thức (2.5.2) quay biểu thức (1.3.6) Nếu không tính đến tác động chùm tia truyền theo trục y trục z lên nguyên tử, tức là, cường độ tổng không tính đến thành phần phân cực theo hướng x chùm tia truyền theo trục y z Trong trường hợp này, hàm mũ 2.5.2 có giá trị biểu thức (2.5.2) trở lại biểu thức (1.3.6) Như vậy, tính đến trạng thái phân cực chùm tia tham gia bẫy, phân bố chùm tia ảnh hưởng đến phân bố lực theo không gian 2.6 Khảo sát phân bố lực tác động lên nguyên tử Theo biểu thức (2.5.2), lực tác động lên nguyên tử bẫy quang - từ có phân bố không gian Điều hoàn toàn phù hợp với thực tế, sử dụng chùm laser phát mode TEM00 Giả thiết vùng bẫy quang - từ hình cầu có bán kính nhỏ so với bán kính vết chùm tia W , tức x, y, z < W0 , đó, lấy gần đúng: x≈y≈z= x2 + y2 = x2 + z = với ρ xem bán kính hướng tâm z2 + y2 = ρ 33 Sau thay vào (2.5.2), có phân bố lực theo ρ sau:    ρ   8hδ V FT ≅ S  exp  − ÷ 2   W0   γ    ρ    2δ   1 + S  exp  − ÷ +  ÷ W γ         (2.5.3) Như vậy, lực tác động lên nguyên tử bẫy quang - từ giá trị cố định (1.3.6) 2.6.1 Phụ thuộc lực vào vận tốc nguyên tử Giả sử không tính đến phân cực ánh sáng chùm ánh sáng phân bố Gauss, biểu thức tổng lực tác động lên nguyên tử (2.5.2) rút gọn biểu thức (1.3.6) Sau thay F ' = FT / hkγ V ' =δ / γ , từ (2.5.2) nhận phương trình rút gọn sau:   ρ  F 'T ≅ S  exp  − ÷ 2   W0   V '    ρ     1 + S  exp  − ÷ +  ÷    W0    V '    Giả thiết S = 2, phụ thuộc tổng lực ( F ' = FT / hkγ ) tác động lên nguyên tử vào vận tốc nguyên tử ( V ' = δ / γ ) mô trình bày hình 2.6 Chúng ta thấy rằng, tổng lực tác động lên nguyên tử không vận tốc nguyên tử không Khi vận tốc khác không, tác động laser có tác dụng, tức là, quang lực xuất Trong vùng V < 2δ / γ , quang lực tỉ lệ thuận với vận tốc, vùng này, quang lực tỉ lệ nghịch với vận tốc Điều giải thích sau: Khi vận tốc lớn, dịch chuyển tần số  Doppler ω D = − kV lớn dịch tần tần số laser tần số cộng hưởng nguyên tử, δ = ω L − ω0 Kết làm cho trình hấp thụ không xẩy ra, nghĩa quang lực giảm tác dụng 34 Kết thu hình 2.6, mặt hình thức, trùng với kết thu nhiều tác giả trước (xem hình 1.3.1), cho tranh chi tiết Cụ thể, vận tốc nguyên tử tiến tới không, quang lực tiệm cận tới không Vì thực tế, vận tốc nguyên tử không Quang lực tổng [γħk] không tuyệt đối, đó, quang lực tổng không tuyệt đối Vận tốc nguyên tử [/γ] Hình 2.6 Quang lực phụ thuộc vận tốc nguyên tử 2.6.2 Phân bố lực theo vận tốc nguyên tử bán kính hướng tâm Trong trường hợp chùm laser có phân bố Gauss, nên có phân bố quang lực không gian gần tâm bẫy Kết mô trình bày hình 2.7 Quang lực tổng [γħk] 35 Hình 2.7 Phân bố quang lực theo vận tốc bán kính hướng tâm 2.6.3 Phân bố lực theo bán kính hướng tâm với vận tốc nguyên tử khác Phân bố quang lực tác động lên nguyên tử theo bán kính hướng tâm với vài giá trị khác vận tốc trình bày hình 2.8 Ta nhận thấy rằng, với nguyên tử có vận tốc nhỏ, V < 2δ / γ , quang lực giảm bán kính hướng tâm tăng Với nguyên tử có vận tốc V > 2δ / γ , quang lực đạt giá trị cực đại biên vết chùm tia ρ = W0 sau giảm dần bán kính hướng tâm tăng Trong vùng vận tốc nhỏ, giá trị quang lực tổng có giá trị cực tiểu tâm bẫy Điều hoàn toàn phù hợp với giải thích mục 2.6.1 Quang lực tổng [γħk] 36 Bán kính hướng tâm [W0] V=-2 -3 Hình 2.8 Phân bố quang lực theo bán kính hướng tâm với giá trị vận tốc khác -4 -5 Quang lực tổng [γħk] -1 2.6.4 Phụ thuộc lực vào vận tốc nguyên tử bán kính hướng tâm khác Phụ thuộc quang lực tổng vào vận tốc nguyên tử bán kính hướng tâm khác trình bày hình 2.9 Vận tốc nguyên tử [/γ] ρ=0 0,5 Hình 2.9 Phụ thuộc quang lực theo vận tốc bán kính khác 1,0 1,5 2,0 37 Ta thấy rằng, gần tâm bẫy quang lực thay đổi nhanh, xa tâm bẫy quang lực thay đổi chậm Điều giải thích thông qua phân bố cường độ laser tiết diện ngang, cường độ giảm nhanh bán kính hướng tâm tăng Mặt khác, xa tâm, ảnh hưởng trạng thái phân cực chùm tia khác lên hướng tác động lực giảm đi, đó, quang lực giảm 2.6.5 Sự phụ thuộc lực làm lạnh vào cường độ chùm laser Để minh họa cho phụ thuộc lực làm lạnh vào cường độ chùm tia laser, khảo sát lực làm lạnh bán kính hướng tâm ρ = 2W0 , với giả thiết vận tốc nguyên tử V ' = δ / γ = Kết trình bày hình 2.11 Qua ta thấy rằng, cường độ tăng, lực làm lạnh tăng giá trị bão hòa Trong trường hợp cụ thể giá trị bão hòa lực làm lạnh chuẩn hóa 0,4 Kết phù hợp với trường hợp khảo sát trước (xem hình 2.6, 2.8 2.10) Sau đạt giá trị bão hòa, lực làm lạnh giảm nhanh Điều giải thích ứng với vận tốc định nguyên tử, giá trị lực làm lạnh cực đại xác định 38 Quan g lực tổng [γħk] Tham số bão hòa S = Is/I0 Hình 2.10 phụ thuộc quang lực vao tham số bão hòa Để hiểu rõ tượng này, xem xét cho vài trường hợp khảo sát lực làm lạnh bán kính hương tâm khác Tại ba bán kính hướng tâm: ρ = W0 , ρ = 1,5W0 ρ = 2W0 , phụ thuộc lực làm lạnh vào cường độ thể hình 2.12 Qua ta thấy rằng, tốc độ tăng hay giảm lực làm lạnh vào cường độ khác Tuy nhiên, giá trị cực đại lực làm lạnh chuẩn hóa không đổi, 0,4 39 ρ = 2W0 Quan g lực tổng [γħk] ρ = 1, 5W0 ρ = W0 Tham số bão hòa S = Is/I0 Hình 2.11 Sự phụ thuộc lực làm lạnh vào cường độ chuẩn hóa ứng với giá trị khác bán kính hướng tâm (tại vị trí không gian khác nhau) Điều khẳng định lại nhận định Tốc độ thay đổi lực làm lạnh bán kính hướng tâm khác phân bố Gaussian cường độ tổng theo bán kính hướng tâm 40 2.7 Kết luận Trong chương này, xem xét trạng thái phân cực tròn chùm tia laser bẫy quang - từ lên lực bẫy Từ đó, dẫn biểu thức tính quang lực cho trường hợp chùm tia phân bố Gauss Các kết mô cho ta nhận xét phân bố lực theo theo cường độ quang , vận tốc nguyên tử bán kính hướng tâm bẫy Kết cho ta thấy tính phân cực tròn chùm laser trường hợp sử dụng ba cặp chùm tia không ảnh hưởng đến lực lamh lạnh; đạt giá trị cực đại ứng với vận tốc định nguyên tử cần làm lanh Ngoài ra, phân bố Gaussian cường độ tổng, nên lực làm lạnh thay đổi có phân bố không theo bán kính hướng tâm 41 KẾT LUẬN CHUNG Luận văn đề cập đến trạng thái phân cực tròn chùm tia bẫy quang - từ Trên sở khảo sát ảnh hưởng số tham số vào quang lực tác động lên nguyên tử bẫy Các kết thu rút gọn điểm sau: Đã tổng quan bẫy quang - từ Trên sở cấu trúc, nguyên lý hoạt động tính toán tổng lực tác động lên nguyên tử, đặt vấn đề nghiên cứu trạng thái phân cực ảnh hưởng đến phân bố cường độ chùm tia phân cực tròn Đã tính toán cường độ laser theo phương phân cực khác chùm ánh sáng phân cực tròn phải tròn trái bẫy quang - từ Từ dẫn biểu thức mô tả phụ thuộc quang lực vào vận tốc nguyên tử bán kính hướng tâm trường hợp giả thiết kích thước vùng bẫy tương đương vết chùm tia Đã khảo sát ảnh hưởng tính phân cực tròn chùm laser trường hợp sử dụng ba cặp chùm tia ảnh hưởng cường độ lên lực làm lạnh Kết qủa tính phân cực tròn chùm tia không ảnh hưởng đến lực làm lạnh; đạt giá trị cực đại ứng với vận tốc định nguyên tử cần làm lạnh phụ thuộc vào giá trị cường độ laser bán kính hướng tâm khác Đã khảo sát phụ thuộc quang lực vào vận tốc nguyên tử Kết cho ta thấy rõ tác dụng quang lực trường hợp khác vận tốc nguyên tử Qua khảo sát phân bố quang lực theo bán kính hướng tâm vùng bẫy, rút nhận xét ảnh hưởng cấu trúc chùm tia (phân bố Gaus) trạng thái phân cực (ảnh hưởng trạng thái phân cực chùm tia tham gia) lên quang lực 42 Trong trình khảo sát, đặt vấn đề quan tâm đến hệ bẫy định, laser có bước sóng không đổi (số sóng k tần số ω L xác định), nguyên tử có hai mức cộng hưởng xác định (tần số cộng hưởng ω độ dịch tần δ = ωL − ω0 xác định), đó, kết tính toán luận văn mang tính định tính Những kết định lượng tính toán cho hệ cụ thể với tham số cho trước 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO A dissertation submitted in partial fulflment of the requirements for the degree of, at the UNIVERSITY OF WISCONSIN - MADISON 1997 Benjamin K Stuhl, Brian C Sawyer, Dajun Wang, and Jun Ye, MagnetoOptic Trap for Polar Molecules, Physical Review Letters, 243002, 2008 B Dmtroder, Laser spectroscopy: Basic principle and Technics for Experiments, Moscova, Mir, 1978 Bahaa E A Saleh, Malvin Carl, Teich, Fundamental of Photonics, John Wiley &són, Inc 1991 David Fagnan, Study of collision Cross Section of Ultra- Cold Rubidium using a Magneto-Optic and pure Magnetic trap, The Univesity of British Columbia, 2009 Phạm Văn Dung - Luận văn thạc sỹ , Đại học Vinh năm 2011 Hồ Quang Quý, Đoàn Hoài Sơn, Chu Văn Lanh Nhập môn bẫy quang học NXB Đại học quốc gia hà nội - 2011 HJ Metcalf and P Van der Straten Department of Physics, State University of new York, Stony Brook, N.Y 11794.U.S.A K Dieckmann,1 R J C Spreeuw,2 M Weidemu ¨ ller,1 and J T M Walraven1, FOM-Institute for Atomic and Molecular Physics, Kruislaan 407, 1098 SJ Amsterdam, The Netherlands, Van der Waals-Zeeman Institute, Valckenierstraat 65-67, 1018 XE Amsterdam, The Netherlands (Received July 1998) 10 Krzysztof Kowalski, Elektromagnetycznie wymuszona przeroczystos’c’ w zimnych atomoch rubidu w pulapce magneto-optycznej, PAN, Warszawa, 2008 11 Mary Lion, The Theory and Operation of Magneto-Optical and Far-offRasonance Traps, Senior Theisis, 2002 12 Martin Horbanski, Jan Krieger, Magneto Optic Trap, Master Thesis, 2002 13 Taracov, Laser Physics [...]... cho độ lớn của cường độ laser 20 Cho đến lúc này, chưa một công trình nào quan tâm đến ảnh hưởng của phân cực lên lực bẫy Để hiểu rõ vấn đề này, trong chương sau, chúng tôi sẽ trình bầy một số kết quả xem xét ảnh hưởng của trạng thái phân cực lên lực bẫy 21 Chương 2 ẢNH HƯỞNG CỦA TRẠNG THÁI PHÂN CỰC TRÒN LÊN LỰC LÀM LẠNH Như chúng ta đã biết, ánh sáng hay điện trường chỉ tác động lên các lưỡng cực. .. lên tâm bẫy (nguyên tử cần bẫy) chưa được quan tâm đến Vì rằng, trục của lưỡng cực điện gây ra do ánh sáng trong nguyên tử là xác định theo phân cực của ánh sáng Do đó, quang lực chỉ có tác dụng khi hướng của lưỡng cực điện trùng với hướng phân cực của ánh sáng Trong chương này chúng tôi sẽ xem xét ảnh hưởng của trạng thái phân cực tròn lên lực tác động lên tâm bẫy Trước khi xác định lực tác động, chúng... ba cặp chùm tia phân cực tròn đối nhau Cấu hình kìm quang học sử dụng ba cặp chùm tia phân cực tròn đối nhau sử dụng trong bẫy quang - từ được thể hiện trên hình 2.5 Hình 2.5 Kìm quang học sử dụng trong bẫy quang - từ 28 Trong sơ đồ này, mỗi cặp chùm trên mỗi trục tọa độ có phân cực tròn σ+ và σ- đối nhau Giả sử sáu chùm tia được phát ra từ một nguồn, năng lượng của nó được chia đều cho sáu chùm Quãng... Trên khoảng λ / 2 phân cực thay đổi từ phân cực thẳng 0 o , qua phân cực tròn σ− , qua phân cực thẳng 90o , phân cực tròn σ + và cuối cùng phân cực thẳng 1800 Cấu trúc của các siêu mức từ của nguyên tử sẽ thay đổi trong trường mô tả bởi gradient phân cực gây ra bởi chùm tia có tần số cộng hưởng Điện trường ánh sáng sẽ làm thay đổi các siêu mức từ của mức cơ bản do hiệu ứng Stark Độ lệch năng lượng... Điều này dẫn đến tác động của chùm tia lên hạt cần bẫy không đều nhau theo các hướng Để biết được điều đó, trước tiên chúng ta tính phân bố cường độ của các chùm tia theo không gian của các chùm tia phân cực tròn 2.4 Phân bố cường độ laser trong không gian bẫy Giả sử chùm tia laser là sóng phẳng, liên tục, có phân bố Gauss trên tiết diện ngang với bán kính thắt chùm W0 và tất cả các chùm tia được hội... về bẫy quang - từ, trong đó chú ý đến nguyên lý hoạt động, cấu tạo và tính toán các lực tác động lên đối tượng bẫy và nhiệt độ tới hạn Từ những nghiên cứu trên chúng tôi thấy rằng, theo nguyên lý làm lạnh Doppler, các chùm tia laser phải có phân cực tròn phải hoặc tròn trái với mục đích tách các mức năng lượng nguyên tử cộng hưởng với tần số Doppler Hơn nữa, trong tính toán về lực tác động lên tâm bẫy, ... thuộc vào các tham số làm lạnh δ và S (hình 1.3.3) Hình 1.3.3 Phụ thuộc của tổng lực vào các tham số làm lạnh 1.4 Nguyên lý hoạt động của bẫy quang từ Bẫy quang - từ được xây dựng lần đầu tiên vào giữa những năm 60 thế kỷ XX trong phòng thí nghiệm Bell Lực tạo nên bẫy quang học có tác dụng 9 giảm tốc độ của nguyên tử, nhưng nó lại không phụ thuộc vào vị trí của nguyên tử Để làm lạnh và đồng thời gom... trị nhiệt độ thấp nhất Trên hình 1.5.1 trình bày sự phụ thuộc của nhiệt độ của các nguyên tử Rb đã làm lạnh trong MOT vào độ lêch tần δ Nhiệt độ thấp nhất của 85 nguyên tử có thể đạt được là 143 μK khi tần số của laser chênh với tần số cộng hưởng một lượng γ / 2( : 3MHz ) 16 Hình 1.5.1 Phụ thuộc của nhiệt độ nguyên tử 85Rb vào độ lệch tần 1.6 Quá trình làm lạnh trong gradient phân cực Một trong những... quá trình làm lạnh và bẫy xẩy ra trên trục z Từ trường trong bẫy được tạo ra bởi xòng xuyến Cường độ từ trường thay đổi tuyến tính theo trục Z Hướng của chúng đối xứng qua tâm của bẫy Chùm tia laser có phân cực tròn Một chùm phân cực theo chiều kim đồng hồ σ + và một chiều ngược chiều kim đồng hồ σ− tương đối so với phương truyền lan (trục Z) Hình 1.4.1 MOT một chiều Từ trường có tác dụng làm suy biến... lan của ánh sáng phân cực ánh sáng phân cực σ− , σ+ , tức là theo hướng vào tâm bẫy Ngược lại, trong vùng này phải điều chỉnh để có được cộng hưởng Và sự trao xung lượng của ánh sáng này làm cho nguyên tử chuyển động ra xa tâm bẫy Tuy nhiên, lực này rất nhỏ Tương tự như vậy đối với các nguyên tử nằm ở phía bên phải của hệ Trong vùng này chùm tia phân cực chỉnh cộng hưởng hơn nhiều so với chùm tia có phân ... vết chùm tia Đã khảo sát ảnh hưởng tính phân cực tròn chùm laser trường hợp sử dụng ba cặp chùm tia ảnh hưởng cường độ lên lực làm lạnh Kết qủa tính phân cực tròn chùm tia không ảnh hưởng đến lực. .. phân cực tròn lên lực tác động lên tâm bẫy Trước xác định lực tác động, cần xem xét đến phân bố cường độ chùm tia phân cực tròn theo hướng phân cực tuyến tính khác 2.1 Các trạng thái phân cực Phân. .. phân cực lên lực bẫy Để hiểu rõ vấn đề này, chương sau, trình bầy số kết xem xét ảnh hưởng trạng thái phân cực lên lực bẫy 21 Chương ẢNH HƯỞNG CỦA TRẠNG THÁI PHÂN CỰC TRÒN LÊN LỰC LÀM LẠNH Như