zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Báo cáo khoa học

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

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Báo xấu

81
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: 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-2009 tr−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 lý nguyªn tö vµ h¹t nh©n, víi −u ®iÓm lµ rÊt gän nhÑ, gi¸ rÎ vµ hiÖu suÊt cao [1,2]. Tuy nhiªn, h¹n chÕ cña nh÷ng laser diode nµy lµ miÒn ®iÒu h−ëng bÐ, mçi lo¹i laser chØ thÝch hîp cho mét lo¹i nguyªn tö. §iÒu nµy ®· ®−îc kh¾c phôc bëi m« h×nh laser diode buång céng h−ëng ngoµi cÊu h×nh Littrow nh− ë h×nh 1(a). §©y lµ thiÕt kÕ ®¬n gi¶n nhÊt trong c¸c kiÓu laser diode buång céng h−ëng ngoµi. Trong s¬ ®å nµy, b−íc sãng cã thÓ ®−îc ®iÒu h−ëng khi ®é dµi buång céng h−ëng vµ b−íc sãng cña ¸nh s¸ng quay 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) cÊu h×nh kiÓu Littrow l¹i cã nh−îc ®iÓm ®ã lµ h−íng cña chïm tia ®Çu ra phô thuéc vµo sù quay cña c¸ch tö. §Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm nµy Littman sö dông thªm mét NhËn bµi ngµy 21/8/2009. Söa ch÷a xong 12/9/1009. 21
Nghiªn cøu c¶i tiÕn hÖ laser diode..., Tr. 21-25 H. M. §ång, §. X. Khoa g−¬ng ph¼ng ®Æt song song víi c¸ch tö nh− thÊy ë h×nh 1(b). Trong ECDL cÊu h×nh Littman – Metcalf, ¸nh s¸ng nhiÔu x¹ bËc mét tõ c¸ch tö ®−îc chiÕu tiÕp vµo mét g−¬ng ph¼ng vµ chïm s¸ng ph¶n håi bëi g−¬ng ph¼ng ®−îc nhiÔu x¹ lÇn n÷a bëi c¸ch tö vµ quay trë l¹i Laser diode. Khi ®ã, b−íc sãng ®−îc ®iÒu h−ëng b»ng sù quay kh«ng ph¶i c¸ch tö mµ lµ g−¬ng. Khi nµy, h−íng cña chïm ra ®éc lËp víi b−íc sãng nh−ng l¹i bÞ dÞch ngang [3] . Tuy nhiªn, thiÕt kÕ Littman-Metcalf lµ phøc t¹p h¬n vµ c«ng suÊt ®Çu ra trë nªn yÕu h¬n so víi laser diode buång céng h−ëng ngoµi cÊu h×nh Littrow. MÆt kh¸c, khã h¬n ®Ó chÕ t¹o kiÓu Laser diode buång céng h−ëng ngoµi mµ trôc 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 Littrow dïng 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 céng h−ëng ngoµi cÊu h×nh Littrow, chóng t«i xÐt hÖ EDCL cÊu h×nh Littrow sö dông thªm 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 ra 22
T¹p chÝ khoa häc, tËp XXXVIII, sè 2A-2009 tr−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¨ng kÝnh ®−îc g¾n chÆt trªn mét b¶ng, sao cho mÆt B song song víi mÆt c¸ch tö vµ kh«ng phô thuéc vµo sù quay cña b¶ng xung quanh trôc quay. Mét chïm s¸ng tõ laser diode ®· ®−îc chuÈn trùc víi mét thÊu kÝnh vµ chiÕu tíi c¸ch tö. ë ®©y, b−íc sãng ¸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. Chu kú d ®−îc lùa chän sao cho b−íc sãng trong ph−¬ng tr×nh (1) cã thÓ tháa m·n t¹i gãc tíi θ = 450. Gi¶ thiÕt r»ng gãc tíi θ = (450 + α) t¹o thµnh bëi sù quay cña b¶ng ng−îc chiÒu kim ®ång hå nh− thÊy trong h×nh 2(a). Tia s¸ng ph¶n x¹ bëi c¸ch tö quay mét gãc 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, chïm s¸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. Khi quay l¨ng kÝnh mét gãc α, chïm ®Çu ra song song víi chïm tíi c¸ch tö vµ kh«ng phô thuéc vµo sù quay, b−íc sãng. XÐt dÞch chuyÓn cña chïm ra, gäi kho¶ng c¸ch gi÷a chïm ®Çu ra vµ chïm tíi c¸ch tö lµ x , th× x thu ®−îc nh− mét hµm cña gãc quay α, theo quang h×nh häc ta cã: [( ] ) ( ) x(α ) = 2 RB − R A + RC tan β + 2 (RB − RG ) cos α + R A − RC − 2 RG sin α (2) trong ®ã: RA, RB, RC vµ RG lµ kho¶ng c¸ch tõ trôc quay tíi c¸c mÆt l¨ng kÝnh A, B, C vµ mÆt ngoµi c¸ch tö, t−¬ng øng. CÇn chó ý r»ng sù dÞch chuyÓn bªn x(α) lµ kh«ng phô thuéc vµo kho¶ng c¸ch tõ trôc quay ®Õn chïm laser tíi c¸ch tö, RLD. V× gãc α rÊt nhá nªn ta cã thÓ khai triÓn hµm x(α) theo chuæi TayLo. Ta cã: () x(α ) = A0 + A1α + A2α 2 + O α 3  1  R   R − RG 2 () = 2 (RB − RG ) + 1 − (R A − RC ) − 2  RG − B α − B α + O α 3 (3)  n  n  2 dx(α ) Khi α 0 nh− trong h×nh 2(a). Chóng ta cã thÓ t×m ®−îc tõ h×nh 2(a) vµ 2(b) chïm ®Çu ra lµ æn ®Þnh kh«ng phô thuéc vµo gãc quay do sù khóc x¹ m¨t bªn vµ ph¶n x¹ toµn phÇn bªn trong l¨ng kÝnh. §é biÕn thiªn (thÆng d−) cña dÞch chuyÓn bªn ∆x(α ) lµ xÊp xØ sè h¹ng bËc hai trong ph−¬ng tr×nh (3). 23
Nghiªn cøu c¶i tiÕn hÖ laser diode..., Tr. 21-25 H. M. §ång, §. X. Khoa R B − RG ∆x(α ) = − (5) α2 2 §−êng nÐt liÒn vµ nÐt ®øt trong h×nh 2(c) t−¬ng øng víi ®é biÕn thiªn dÞch bªn ∆x(α ) ®· ®−îc tÝnh râ ë ph−¬ng tr×nh (2) vµ cho gi¸ trÞ xÊp xØ bëi ph−¬ng tr×nh (5) t−¬ng øng. ë ®©y, chóng ta lÊy 1/d =1800 v¹ch/mm, RA= 39.0 mm, RB = 29.2 mm, RC = 27.8 mm, RG = 22.0 mm vµ n = 1.51 nh− mét tr−êng hîp ®Æc tr−ng ®−îc tháa m·n trong ph−¬ng tr×nh (4). Cã thÓ xem xÊp xØ bëi ph−¬ng tr×nh (5) lµ phï hîp trong ph¹m vi sai sè 10% khi α < 5 0 , t−¬ng øng víi kho¶ng b−íc sãng lµ 137 nm. Trong cÊu h×nh nµy cã thÓ ®−a ra tõ ph−¬ng tr×nh (4) sù ®iÒu h−ëng b−íc sãng tõ λ = 772.93 nm tíi λ = 785.25 nm t−¬ng øng víi sù quay tõ α = - 0.920 tíi α = - 0.030 vµ dÞch chuyÓn bªn bëi sù ®iÒu h−ëng, vÝ dô ∆x(- 0.920) - ∆x(- 0.030) ®−îc tÝnh tõ ph−¬ng tr×nh (5) chØ lµ 1.3µm. Trªn mét khÝa c¹ch kh¸c, nÕu chóng ta ®Æt mét g−¬ng ph¼ng t¹i vÞ trÝ cña mÆt B thay cho l¨ng kÝnh, dÞch chuyÓn bªn ®−îc −íc l−îng xÊp xØ 2 (RB − RG )∆α = 158µm b»ng c¸ch thay n = 1 vµo trong ph−¬ng tr×nh (3). ë ®©y, ∆α lµ 0.890 trong tr−êng hîp nµy. Cuèi cïng, chóng t«i lËp luËn vÒ vµi sai sè mµ cã thÓ lµm gi¶m phÈm chÊt c¸c ®Æc tr−ng cña thiÕt bÞ tõ ®iÒu kiÖn lÝ t−ëng, cã thÓ g©y ra bëi s¾p hµng h×nh häc cña nh÷ng thµnh phÇn quang häc. Tõ ph−¬ng tr×nh (5) dÞch bªn cña chïm ®Çu ra trong ph¹m vi ®iÒu h−ëng cña chóng ®−îc cho: ( ) ( ) ∆x − 0.92 0 − ∆x − 0.03 0 = (− 5.2 R A − 14.7 R B + 5.2 RC + 22 RG )10 −3 . V× vËy, dÞch chuyÓn bªn trong hÖ thèng nµy phÇn lín phô thuéc vµo sù s¾p xÕp vÞ trÝ cña c¸ch tö. Cho vÝ dô, nÕu RG lÖch b»ng 0.1 mm tõ gi¸ trÞ lý t−ëng, th× sù dÞch chuyÓn cña chïm ®Çu ra sÏ lµ 2.2 µm trong ph¹m vi ®iÒu h−ëng cña chóng. Gi¸ trÞ nµy tuy nhiªn nhá h¬n nhiÒu gi¸ trÞ so víi gi¸ trÞ 158 µm trong tr−êng hîp sö dông mét g−¬ng thay v× mét l¨ng kÝnh nh− lËp luËn ë trªn. H×nh 2(c) biÓu thÞ sù phô thuéc cña ∆x vµo α ®èi chiÕu víi ph−¬ng tr×nh (2) cho tr−êng hîp RG lÖch t¹i 0.1 vµ - 0.1 mm, t−¬ng øng. Cã thÓ thÊy ®−êng bËc hai vÉn cßn gi÷ vai trß chñ yÕu trong dÞch chuyÓn chïm khi α ≥ 10 . Sai sè kh¸c cã thÓ b¾t ®Çu tõ sù t¸n s¾c chiÕt suÊt cña l¨ng kÝnh. Tuy nhiªn sù thay ®æi chØ sè cña thñy tinh BK7 trong ph¹m vi ®iÒu h−ëng cña chóng lµ bËc 10-4, hiÖu øng cña chïm dÞch chuyÓn lµ kh¸ nhá (kho¶ng 0.1 µm), vµ hiÖu øng cña t¸n s¾c lµ kh«ng ®¸ng kÓ. 3. KÕt luËn Trong bµi b¸o nµy chóng t«i ®· ®−a ra vµ gi¶i thÝch mét ECDL cÊu h×nh Littrow sö dông mét l¨ng kÝnh tam gi¸c vu«ng c©n ®· gi¶m dÞch chuyÓn ngang cña chïm ®Çu ra chØ lµ 1.3µm khi ®iÒu h−ëng kho¶ng b−íc sãng 12.32 nm. Víi s¬ ®å nµy, chóng ta cã thÓ ®¬n gi¶n t¹o ra mét nguån laser ®iÒu h−ëng víi gi¸ rÎ, gän nhÑ thÝch hîp cho qu¸ tr×nh lµm l¹nh nguyªn tö trong bÉy quang tõ hay ghÐp nèi vµo èng dÉn sãng cì micromet víi hiÖu suÊt cao ®Ó thay thÕ nh÷ng hÖ thèng laser ®¾t h¬n nh− mét laser Ti: Al2O3. 24
T¹p chÝ khoa häc, tËp XXXVIII, sè 2A-2009 tr−êng §¹i häc Vinh C¸c t¸c gi¶ c¶m ¬n ®Ò tµi NghÞ ®Þnh th− theo hîp ®ång 03/2009/HD-NDT ®· tµi trî ®Ó hoµn thiÖn c«ng tr×nh nµy. T i liÖu tham kh¶o [1] Cao Long V©n, §inh Xu©n Khoa, M. Trippenbach, NhËp m«n Quang häc phi tuyÕn, Tr−êng §¹i häc Vinh, 2003. [2] Hå Quang Quý, Vò Ngäc S¸u, Laser b−íc sãng thay ®æi vµ øng dông, §¹i häc QGHN, 2005. [3] Akifumi Takamizawa, Littrow-type external-cavity diode laser with a triangular prism for suppression of the lateral shift of output beam, Review of Science Instruments, 2006. SUMMARY Studying the ways of improving Diode laser system for a magneto-optical trap of 85Rb In this article, we would like to set forth the improvement of a Littrow external cavity diode laser for suppression of lateral shift of a laser beam which is used for the Magneto-Optical Trap of 85Rb in the process of syntonizing wave length. Tis improvement is carried out by adding a prism with a isosceles-right triangular section combined with the cavity. Following this configuration, estimated amount of the lateral shift of output beams is about 1,3 µ m when syntonizing 12.32nm around central wave length 780nm. (a) cao häc 15 chuyªn ng nh Quang häc, Tr−êng §¹i häc Vinh (b) Khoa VËt lý, Tr−êng §¹i häc Vinh. 25

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.