Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Vật lí: Xây dựng hệ nghiên cứu tính chất quang của nguyên tử Rubi

Mục đích nghiên cứu của đề tài "Xây dựng hệ nghiên cứu tính chất quang của nguyên tử Rubi" là thiết kế và xây dựng một hệ thí nghiệm phổ phân giải cao, có kích thước nhỏ gọn, tính ổn định cao, giá thành thấp, tích hợp nhiều phép đo phổ phân giải siêu cao khác nhau. Từ đó, sử dụng hệ thí nghiệm để nghiên cứu các tính chất quang của môi trường khí nguyên tử Rubi.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Vật lí: Xây dựng hệ nghiên cứu tính chất quang của nguyên tử Rubi BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ---------- NGUYỄN VĂN ÁI XÂY DỰNG HỆNGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA NGUYÊN TỬ RUBI Chuyên nghành: Quang học Mã số: 9440110TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ NGHỆ AN, 2022 LUẬN ÁN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH Người hướng dẫn khoa học: GS. TS. Nguyễn Huy BằngPhản biện 1: …………………………………………………………… ……………………………………………………………Phản biện 2: …………………………………………………………… ……………………………………………………………Phản biện 3: …………………………………………………………… ……………………………………………………………Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại…………………………………………………………………………….Vào hồi ……….. giờ ………... phút, ngày …….. tháng ……. Năm 2022Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện quốc gia và trung tâm thông tin - thư việnNguyễn Thúc Hào, trường Đại học Vinh. 1 MỞ ĐẦU1. Lý do chọn đề tài Phổ học là lĩnh vực khoa học ra đời từ rất lâu và gắn liền với các mốc quan trọng trong lịch sử pháttriển vật lý. Sự phát triển của các phương pháp và các thiết bị đo phổ hiện đại đã từng bước làm sáng tỏ cấutrúc vi mô của nguyên tử/phân tử đến cấp độ siêu tinh tế. Thiết kế và xây dựng các hệ thí nghiệm hiện đạiđể nghiên cứu các cấu trúc phổ phân giải siêu cao và nghiên cứu các tính chất quang nguyên tử là các chủđề luôn được các nhà khoa học trong nước cũng như trên thế giới quan tâm. Hiện nay, các kỹ thuật phổ phân giải cao như kỹ thuật phổ hấp thụ bão hòa (SAS) [1]–[4], kỹ thuậtphổ kích thích kết hợp [3], [4] và kỹ thuật phổ đánh dấu phân cực [4] được sử dụng để xác định các dịchchuyển siêu tinh tế của nguyên tử/phân tử. Qua đó, giúp chúng ta hiểu được cấu trúc nguyên tử với độ chínhxác cao, do đó chúng ta có thể dễ dàng thao tác và điều khiển chúng và làm cơ sở cho sự hình thành các lýthuyết mới. Chẳng hạn như sự làm lạnh và bẫy nguyên tử bằng laser [5]–[9] hay tạo các vật liệu mới có cáctính chất đặc biệt như vật liệu trong suốt cảm ứng điện từ (EIT-Electromagentically Induced Transparency)[10]–[20]. Vật liệu này được hình thành do sự giao thoa lượng tử giữa các biên độ xác suất dịch chuyểncủa các trạng thái lượng tử bên trong nguyên tử dưới tác dụng đồng thời của các trường laser. Các tính chất quang tiêu biểu của vật liệu EIT gồm: sự trong suốt ở tần số cộng hưởng, phi tuyếnKerr khổng lồ [10], [13], [15], [21]–[26], tốc độ tán sắc cực lớn nên vận tốc nhóm của photon cực nhỏ[27]–[32]. Đặc biệt, ta có thể điều khiển các tính chất nội tại nói trên của các nguyên tử bằng laser bênngoài. Với những tính chất nổi bật đó, vật liệu EIT được kỳ vọng sẽ tạo nhiều ứng dụng quan trọng. Chẳnghạn, sử dụng vật liệu EIT cho lưu lưu trữ ánh sáng [33]–[38], lưỡng ổn định quang và chuyển mạch quang[39]–[43] (phần tử cơ bản cho các bộ xử lý thông tin quang hiện đại) sẽ có độ nhạy cao gấp hàng triệu lầnso với sử dụng vật liệu phi tuyến Kerr truyền thống. Hơn nữa, do hệ số phi tuyến Kerr của vật liệu EIT cóthể điều khiển được cả độ lớn và dấu nên chúng ta có thể điều khiển được đặc trưng lưỡng ổn định quangvà chuyển mạch toàn quang, hay nói cách khác là ứng dụng này sẽ tạo ra thiết bị chuyển mạch quang chủđộng. Mô hình cơ bản để tạo vật liệu EIT là dựa vào sự liên kết giữa 3 trạng thái siêu tinh tế của nguyêntử với hai trường laser (trong đó có một laser đóng vai trò điều khiển), do đó cấu hình cơ bản của EIT làcác hệ nguyên tử ba mức năng lượng (cấu hình lambda, chữ V và bậc thang). Dưới tác dụng của chùm laserbơm, môi trường trở nên trong suốt với chùm laser dò tại một miền tần số nào đó (gọi là cửa sổ trong suốthay cửa sổ EIT). Mặc dù, vật liệu EIT ba mức năng lượng đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bịphotonic hiện đại [40], [44], nhưng vật liệu này chỉ có một miền phổ trong suốt hẹp nên miền hoạt độngcủa các thiết bị chỉ nằm trong một miền tần số nhỏ. Vì vậy, việc tìm giải pháp để tăng số cửa sổ trong suốtcủa vật liệu EIT đã và đang được các nhà khoa học quan tâm hiện nay. Một trong các giải pháp đã đượcnhiều nhà khoa học đề xuất là sử dụng các hệ nguyên tử có các trạng thái siêu tinh tế gần nhau [26], [43],[45], [46], chẳng hạn như các nguyên tử kim loại kiềm. Khi đó, một trường laser có thể liên kết được đồngthời nhiều dịch chuyển siêu tính tế gần nhau nên có thể tạo được nhiều cửa sổ trong suốt. 2 Bên cạnh hiệu ứng EIT, kỹ thuật phổ phân giải siêu cao có thể giúp chúng ta dễ dàng quan sát hiệuứng Macaluso-Corbino (còn gọi là hiệu ứng quang-từ). Hiệu ứng này được phát hiện lần đầu tiên bởi nhàbác học Faraday khi chiếu ánh sáng qua một môi trường rắn và môi trường tinh thể lỏng [47], [48]. Sau đóhai nhà bác học Macaluso-Corbino đã quan sát hiệu ứng quay mặt phẳng phân cực của chùm sáng truyềnqua môi trường khí nguyên tử và cho thấy sự phụ thuộc góc quay vào tần số, cường độ chùm laser [49],[50]. Gần đây, hiệu ứng quang-từ cũng nhận được nhiều sự quan tâm nghiên cứu [51]–[54] do nó có nhiềuứng dụng hữu ích chẳng hạn như điều biến ánh sáng, từ kế siêu nhạy [55]–[57], v.v. Ở nước ngoài, gần đây đã có một số nghiên cứu thực nghiệm về hiệu ứng EIT/EIA đa cửa sổ trongsuốt. Chẳng hạn, năm 2014 Kang Ying và đồng nghiệp đã quan sát được bảy cửa sổ EIT trong nguyên tửRubi cấu hình chữ V khi cho hai chùm laser bơm và dò cùng chiều nhau [45]. Năm 2015, DipankarBhattacharyya và đồng nghiệp đã quan sát được năm đỉnh hấp thụ cảm ứng lọc lựa vận tốc (EIA), trongnguyên tử Rubi cấu hình lambda sáu mức năng lượng [58]. Sau đó, Bo-Xun Wang và đồng nghiệp đã tíchhợp thêm giao thoa kế Mach-Zehnder để quan sát chiết suất nhóm của môi trường nguyên tử khí Rb [26].Năm 2017, Khairul Islam ...