Báo cáo nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu cải tiến hệ laser diode cho bẫy quang từ của nguyên tử Rb85.

Tuyển tập các báo cáo nghiên cứu khoa học hay nhất của trường đại học vinh năm 2009 tác giả: 3. Hoàng Minh Đồng, Đinh Xuân Khoa, Nghiên cứu cải tiến hệ laser diode cho bẫy quang từ của nguyên tử Rb85.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo nghiên cứu khoa học: " Nghiên cứu cải tiến hệ laser diode cho bẫy quang từ của nguyên tử Rb85." T¹p chÝ khoa häc, tËp XXXVIII, sè 2A-2009tr−êng §¹i häc Vinh Nghiªn cøu c¶i tiÕn hÖ laser diode cho bÉy quang tõ cña nguyªn tö Rb85 (a) (b) Ho ng Minh §ång , §inh Xu©n Khoa Tãm t¾t. Trong bµi nµy, chóng t«i tr×nh bµy sù c¶i tiÕn buång céng h−ëng ngoµi c¸ch tö Littrow cña hÖ laser diode ®Ó gi¶m ®é dÞch chuyÓn ngang cña chïm tia laser dïng cho bÉy quang tõ cña nguyªn tö Rb85 trong qu¸ tr×nh ®iÒu h−ëng b−íc sãng. Sù c¶i tiÕn nµy ®−îc thùc hiÖn bëi viÖc ®−a thªm mét l¨ng kÝnh cã tiÕt diÖn lµ tam gi¸c vu«ng c©n kÕt hîp víi c¸ch tö nhiÓu x¹ vµo buång céng h−ëng. Theo cÊu h×nh nµy, −íc l−îng sù dÞch chuyÓn ngang cña chïm ra chØ kho¶ng 1.3µm khi ®iÒu h−ëng 12.32 nm xung quanh b−íc sãng trung t©m 780 nm. 1. Giíi thiÖu HiÖn nay laser diode ®−îc sö dung réng r·i trong nhiÒu thÝ nghiÖm vËt lýnguyªn tö vµ h¹t nh©n, víi −u ®iÓm lµ rÊt gän nhÑ, gi¸ rÎ vµ hiÖu suÊt cao [1,2]. Tuynhiªn, h¹n chÕ cña nh÷ng laser diode nµy lµ miÒn ®iÒu h−ëng bÐ, mçi lo¹i laser chØthÝch hîp cho mét lo¹i nguyªn tö. §iÒu nµy ®· ®−îc kh¾c phôc bëi m« h×nh laserdiode buång céng h−ëng ngoµi cÊu h×nh Littrow nh− ë h×nh 1(a). §©y lµ thiÕt kÕ ®¬ngi¶n nhÊt trong c¸c kiÓu laser diode buång céng h−ëng ngoµi. Trong s¬ ®å nµy, b−ícsãng cã thÓ ®−îc ®iÒu h−ëng khi ®é dµi buång céng h−ëng vµ b−íc sãng cña ¸nh s¸ngquay trë l¹i bÞ thay ®æi, b»ng c¸ch quay c¸ch tö quanh mét trôc [3]. H×nh 1: CÊu h×nh Littrow (a) vµ Littman-metcalf (b) Laser diode buång céng h−ëng ngoµi (Extenal Cavity Diode Laser ECDL) cÊuh×nh kiÓu Littrow l¹i cã nh−îc ®iÓm ®ã lµ h−íng cña chïm tia ®Çu ra phô thuéc vµosù quay cña c¸ch tö. §Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm nµy Littman sö dông thªm métNhËn bµi ngµy 21/8/2009. Söa ch÷a xong 12/9/1009. 21 Nghiªn cøu c¶i tiÕn hÖ laser diode..., Tr. 21-25H. M. §ång, §. X. Khoag−¬ng ph¼ng ®Æt song song víi c¸ch tö nh− thÊy ë h×nh 1(b). Trong ECDL cÊu h×nhLittman – Metcalf, ¸nh s¸ng nhiÔu x¹ bËc mét tõ c¸ch tö ®−îc chiÕu tiÕp vµo métg−¬ng ph¼ng vµ chïm s¸ng ph¶n håi bëi g−¬ng ph¼ng ®−îc nhiÔu x¹ lÇn n÷a bëic¸ch tö vµ quay trë l¹i Laser diode. Khi ®ã, b−íc sãng ®−îc ®iÒu h−ëng b»ng sù quaykh«ng ph¶i c¸ch tö mµ lµ g−¬ng. Khi nµy, h−íng cña chïm ra ®éc lËp víi b−íc sãngnh−ng l¹i bÞ dÞch ngang [3] . Tuy nhiªn, thiÕt kÕ Littman-Metcalf lµ phøc t¹p h¬n vµc«ng suÊt ®Çu ra trë nªn yÕu h¬n so víi laser diode buång céng h−ëng ngoµi cÊu h×nhLittrow. MÆt kh¸c, khã h¬n ®Ó chÕ t¹o kiÓu Laser diode buång céng h−ëng ngoµi mµtrôc cña chïm ®Çu ra lµ kh«ng thay ®æi ®Ó thay thÕ ECDL cÊu h×nh Littrow. §Ó kh¾c phôc h¹n chÕ nµy, d−íi ®©y chóng t«i tr×nh bµy mét ph−¬ng ¸n æn®Þnh h−íng chïm ®Çu ra cña laser diode buång céng h−ëng ngoµi cÊu h×nh Littrowdïng cho bÉy quang tõ cña nguyªn tö Rb85. 2. Laser diode buång céng h−ëng ngoµi cho nguyªn tö 85Rb Trong bµi nµy, ®Ó æn ®Þnh trôc chïm ®Çu ra cña hÖ laser diode buång céngh−ëng ngoµi cÊu h×nh Littrow, chóng t«i xÐt hÖ EDCL cÊu h×nh Littrow sö dôngthªm mét l¨ng kÝnh tam gi¸c vu«ng c©n. CÊu h×nh nµy ®−îc m« t¶ nh− h×nh 2. H×nh 2: ECDL cÊu h×nh Littrow víi l¨ng kÝnh tam gi¸c gi¶m dÞch chuyÓn ngang cña chïm ra22 T¹p chÝ khoa häc, tËp XXXVIII, sè 2A-2009tr−êng §¹i häc Vinh Trong ®ã, c¸c mÆt cña l¨ng kÝnh ®−îc kÝ hiÖu lµ A, B, C. C¶ c¸ch tö vµ l¨ngkÝnh ®−îc g¾n chÆt trªn mét b¶ng, sao cho mÆt B song song víi mÆt c¸ch tö vµkh«ng phô thuéc vµo sù quay cña b¶ng xung quanh trôc quay. Mét chïm s¸ng tõlaser diode ®· ®−îc chuÈn trùc víi mét thÊu kÝnh vµ chiÕu tíi c¸ch tö. ë ®©y, b−ícsãng ¸nh s¸ng nhiÔu x¹ bËc mét khi quay trë l¹i laser diode ®−îc x¸c ®Þnh bëi: (1) λ = 2dsinθ Trong ®ã: d vµ θ lµ chu kú cña v¹ch c¸ch tö vµ gãc tíi c¸ch tö t−¬ng øng. Chukú d ®−îc lùa chän sao cho b−íc sãng trong ph−¬ng tr×nh (1) cã thÓ tháa m·n t¹i gãctíi θ = 450. Gi¶ thiÕt r»ng gãc tíi θ = (450 + α) t¹o thµnh bëi sù quay cña b¶ng ng−îcchiÒu kim ®ång hå nh− thÊy trong h×nh 2(a). Tia s¸ng ph¶n x¹ bëi c¸ch tö quay métgãc b»ng 2α vµ chiÕu tíi mÆt bªn A mét gãc α. Sau ®ã khóc x¹ mét gãc β =acrsin[(sinα)/n] (n: lµ chiÕt suÊt tû ®èi cña l¨ng kÝnh). Theo ®Þnh luËt Snell’s, chïms¸ng tíi mÆt B t¹i gãc (450 + β) vµ bÞ ph¶n x¹ toµn phÇn khi n > 1/sin(450 + β). Sau®ã chïm s¸ng ®i tíi mÆt C mét gãc β vµ bÞ khóc x¹ mét gãc α vµ ®i ra ngoµi. Khiquay l¨ng kÝnh mét gãc α, chïm ...