Làm chậm ánh sáng xuống còn 7m/s

NGUYÊN LÝ CƠ BẢN VỀ LÀM CHẬM ÁNH SÁNG
Giáo viên hưỡng dẫn: TS. Nguyễn Huy Bằng
Nhóm thực hiện: Lê Văn Đoài, Nguyễn Xuân Bắc
Hoàng Hồng Khuê




Vinh, tháng 01 năm 2010
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
LỚP: CAO HỌC K16- QUANG HỌC
Môn: Kỹ thuật phổ laser
I- GIỚI THIỆU
Từ khi Alzetta và cộng sự đã quan sát được hiện tượng EIT, đã có rất nhiều nhà lí thuyết và thực nghiệm nghiên cứu EIT và làm chậm vận tốc nhóm ánh sáng cũng như các ứng dụng của nó.
Năm 1992 Lene Hau đã nghiên cứu các tính chất tán sắc trong EIT và chỉ ra rằng đây là tán sắc dị thường cao (highly normal dispersion) tại tâm của cửa sổ trong suốt ,tại đó vận tốc nhóm của ánh sáng rất chậm.
Năm 1995, Xiao đã quan sát được đường dốc độ tán sắc thường tương ứng với vận tốc nhóm vg = c/13,2 trong cửa số trong suốt của Rb.
Kasapi đã quan sát được vận tốc nhóm vg = c/165
Năm 1996 Schmit quan sát được vg =c/3000
Năm 1999, L.V Hau đã làm chậm vận tốc nhóm tới vg = 17m/s
Mới đây, vg = 8m/s
II- NGUYÊN LÝ CƠ BẢN
Có thể làm chậm ánh sáng thông qua sự giao thoa lượng tử. Mẫu chốt ở đây là tạo ra một số cửa số EIT hẹp trong phổ hấp thụ của một xung khi nó lan truyền trong môi trường.
Hiệu ứng này có thể thực hiện trong hệ nguyên tử 3 mức cấu hình Lamda, được kích thích bởi trường bơm và trường dò với các dịch chuyển khác nhau.
Cửa số trong suốt này thì liên quan đến sự biến đổi đột ngột của chiết suất nhóm ng() của môi trường dẫn đến làm chậm vận tốc lan truyền của xung.
Vận tốc nhóm:
Với


ng là chiết suất nhóm của môi trường
như vậy: ng  n
Mặt khác: khi ánh sáng lan truyền trong môi trường nguyên tử hơi:
Với
Khi N không qua lớn: n = n’ + in”
Từ đó suy ra:
Chiết suất nhóm:
Chiết suất nhóm có thể lớn bằng:
Đồ thị của n’, n” và ng theo :
lớn
Hoặc tính chiết suất nhóm theo độ cảm điện môi:
giảm độ mở rộng vạch  !!!!!!
giảm sự hấp thụ !!!!!!
Vậy thì, có cách nào làm chậm ánh sáng???????
TÁN SẮC GẦN VÙNG CỘNG HƯỞNG
refractive index
absorption index
group index
!!
Solution: Electromagnetically Induced Transparency
Source: Hau et al., Nature 397, 594 (1999)
Group Index for EIT
ng ~106 !
Experimental Setup of Hau et al.
relevant sodium energy levels
vg as low as 17 m/s

ng of the order of 106!
Slow Light Observations of Hau et al.
Source: http://www.deas.harvard.edu/haulab/
Pulse Propagation: Slow Light
(Group velocity approximation)
III- ỨNG DỤNG CỦA ÁNH SÁNG CHẬM
Cất giữ ánh sáng-còn gọi là kho trạng thái lượng tử (quantum state storage)
Làm bộ nhỡ quang học lượng tử
Thực hiện các đường trễ quang học trong sợi quang (optical delay lines)
Các vật đệm quang học (buffer optical)
Tạo ra laser mà không cần đảo lộn mật độ cư trú (Lasers without inversion)
Tạo ra máy tính lượng tử...............
TÀI LIỆU THAM KHẢO
S. Alam. Lasers without Inversion and Electromagnetically Induced Transparency. Washington: SPIE, 1999.
S.E. Harris. Electromagnetically Induced Transparency. Physics Today. July 1997. 36-42.
K.J. Boller, A. Imamgolu, and S.E. Harris. Observation of Electromagnetically Induced Transparency. PRL. 66(20): 2593-2596,1991.
S.E. Harris, J.E. Field, and A. Kasapi. Dispersive Properties of Electromagnetically Induced Transparency. PRA. 46(1): r29-r32, 1992.
J.R. Kuklinski, U. Gaubatz, F.T. Hioe, and K. Bergmann. Adiabatic Population Transfer in a Three-Level System Driven by Delayed Laser Pulses. PRA. 40(11): 6741-6744, 1989.
S.E. Harris, J.E. Field, and A. Imamoglu. Nonlinear Optical Processes using Electromagnetically Induced Transparency. PRL. 64(10): 1107-1110, 1990.
L.V. Hau, S.E. Harris, Z. Dutton, and C.H. Behroozi. Light Speed Reduction to 17 Meters per Second in an Ultracold Atomic Gas. Nature. 397, 594-598, 1999.
M. Kash et al. Ultraslow Group Velocity and Enhanced Optical Effects in a Coherently Driven Hot Atomic Gas. PRL. 82(26):5229-5232, 1999.
D. Budker, D.F. Kimball, S.M. Rochester, and V.V. Yashchuk. Nonlinear Magneto-optics and Reduced Group Velocity of Light in Atomic Vapor with Slow Ground State Relaxatoin. PRL. 83(9):1767-1770, 1999.
A.V. Turukhin et al. Observation of Ultraslow and Stored Light Pulses in a Solid. PRL. 88(2):23602, 2002.
Thank you for your attention !