BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢ NG ĐẠI C VIN
----------
NGUYỄN TUẤN AN
NG IÊN CỨU SỰ T AY ĐỔI VẬN TỐC N ÓM CỦA
ÁN SÁNG ĐA TẦN SỐ K I CÓ MẶT P I TUYẾN KERR
VÀ IỆU ỨNG DOPPLER
Chuyên ngành: Quang học
Mã số: 9.44.01.10
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN S VẬT L
NG Ệ AN 201
1
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Vinh
Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Nguyễn Huy Bằng
2. TS. Đoàn Hoài Sơn
Phản 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 ngày tháng năm
thể tìm hiểu luận án tại thư viện Quốc gia thư viện Nguyễn
Thúc Hào trường Đại học Vinh
2
M ĐẦU
Ngày nay, trước yêu cầu phát triển mạnh mẽ công nghệ lưu
trữ, xử truyền thông tin quang đòi hỏi các nhà khoa học không
ngừng tìm kiếm các vật liệu tán sắc thay đổi hoặc các phương pháp
điều khiển tán sắc để có thể điều khiển được vận tốc nhóm ánh sáng.
Sự khám phá hiệu ứng trong suốt cảm ứng điện từ (EIT)
không chỉ làm triệt tiêu hấp thụ còn tạo ra môi trường độ tán
sắc (tuyến tính và phi tuyến) cực lớn trong lân cận tần số cộng hưởng
nguyên tử. Đặc biệt, độ lớn và dấu của độ tán sắc của môi trường đối
với một chùm ánh sáng hoàn toàn được điều khiển bởi chùm ánh sáng
khác, do đó chúng ta thể điều khiển vận tốc nhóm ánh sáng tới giá
trị rất thấp. Sử dụng k thuật tạo EIT, c nhà thc nghiệm đ quan t
được c xung ng lan truyền trong i trường nguyên tử với vn tốc
nhóm rất thấp. Năm 1999, Hau và cộng sự đ làm chậm được ánh sáng
tới vận tốc 17 m/s trong môi trường ngưng tụ Bose-Einstein của
nguyên tử Na nhiệt độ c n , ash đồng nghiệp đ làm chậm
ánh sáng trong môi trường nguyên tử nhiệt độ phòng tới vận tốc 90
m/s. Sau đó, một số nghiên cứu đ tạo được ánh sáng chậm với vận
tốc nhóm c 8 m/s, thậm chí làm dừng hoàn toàn một xung ánh ng
trong khoảng vài micro giây.
Về mặt thực tiễn, nghiên cứu về điều khiển vận tốc nhóm ánh
sáng trong hệ nguyên tử 3 mức năng lượng đ thu được những kết
quả đột phá mở ra nhiều triển vọng ứng dụng. Tuy nhiên, hạn chế
cốt l i trong hệ nguyên tử ba mức ánh sáng chỉ điều khiển được
trong một miền phổ h p (tương ứng với cửa sổ trong suốt EIT). Điều
này đ hạn chế khả năng ứng dụng của môi trường ba mức vào c
thiết bị quang tử đòi hỏi hoạt động được với ánh sáng đa tần số.
thế, một số nhà nghiên cứu đ đề xuất đưa thêm các trường điều
khiển để mở rộng từ 3 mức lên 4 mức hoặc nhiều hơn để điều khiển
3
ánh sáng đa miền tần số. hi đó, nhóm nghiên cứu ang Hoa ì
nhóm của ovalski Ba Lan đ sử dụng môi trường nguyên tử
lạnh 85Rb được tạo ra trong bẫy quang từ nhiệt độ c . ết quả
hai nhóm nghiên cứu này đ quan sát được ba miền phổ EIT trong
suốt. Đặc biệt, gần đây nhóm nghiên cứu Trường Đại học Vinh đ
phát triển thành công hình giải tích biểu diễn phổ hấp thụ phổ
tán sắc của môi trường khí nguyên tử 5 mức năng lượng sử dụng một
trường laser điều khiển. Đây điểm thuận lợi quan trọng cho triển
khai các nghiên cứu thực nghiệm và ứng dụng liên quan.
Cùng với tính chất tán sắc lớn, môi trường EIT còn một
tính chất đặc biệt hệ số phi tuyến err khổng lồ thể điều
khiển được bởi trường ngoài. Vì vậy, thành phần chiết suất phi tuyến
sẽ đóng góp đáng kể vào tán sắc hiệu dụng theo hệ thức
02p
n n n I
, trong đó n2 hệ số phi tuyến err Ip cường độ
của trường laser dò. Hệ quả cường độ sáng sẽ những ảnh hưởng
nhất định lên sự lan truyền chùm sáng trong môi trường EIT. Do tốc
độ biến thiên của tán sắc tuyến tính (n0) tán sắc phi tuyến (n2)
ngược dấu nhau nên phi tuyến err sẽ đóng vai trò tăng cường vận
tốc nhóm ánh sáng. Gần đây, sự thay đổi của phi tuyến err trong
môi trường nguyên tử 5 mức năng lượng đ được nhóm nghiên cứu ở
Trường Đại học Vinh nghiên cứu bằng phương pháp giải tích. ết
quả cho thấy phi tuyến err được tăng cường tại 3 miền tần số khác
nhau tương ứng với 3 cửa sổ EIT, với biên độ thể đạt 10-5 cm2/W
(lớn gấp c triệu lần so với phi tuyến err của vật liệu err truyền
thống).
Cho đến nay, các nghiên cứu về điều khiển vận tốc nhóm ánh
sáng trong môi trường EIT đa cửa sổ thường bỏ qua ảnh hưởng của
mở rộng Doppler, tương ứng với điều kiện nhiệt độ siêu lạnh (c
trở xuống). thế, khi áp dụng định lượng các kết quả nghiên cứu
4
vào thiết bị quang tử (sử dụng phi tuyến err) sẽ không đảm bảo độ
chính xác do các thiết bị này thường hoạt động điều kiện nhiệt độ
phòng t nghiệm. Để khắc phc một phần k khăn trên, gần đây,
nhóm nghiên cứu của Trưng Đại học Vinh đ phát triển mô nh giải
ch y dựng thành ng hệ thí nghiệm quan sát phhấp th và ph
n sắc của môi trường EIT đa cửa sổ khi mt mrộng Doppler. Điều
y tạo thuận lợi lớn cho các nghiên cứu về điều khiển vận tốc nhóm
ánh sáng đa tn số trong điều kiện nhiệt đ png t nghiệm.
Trước các vấn đề thời sự đang còn bỏ ng và những thuận lợi
như đ phân tích trên đây, chúng tôi đ mạnh dạn chọn đề tài
“Nghiên cứu sự thay đổi vận tốc nhóm của ánh sáng đa tần số khi
có mặt phi tuyến Kerr hiệu ứng Doppler” đgiải quyết những
vấn đề cấp thiết đặt ra.
Chƣơng 1: CƠ S ĐIỀU K IỂN VẬN TỐC N ÓM ÁN
SÁNG TRONG MÔI TRƢ NG EIT
1.1. Cơ sở lý thuyết về lan truyền ánh sáng trong môi trƣờng
1.1.1. H phƣơng trình Maxwell và vn tc ánh sáng
1.1.2. Mô hình Lorenzt đối với độ cm tuyến tính
1.1.3. Phƣơng trình sóng và chiết sut phc
1.1.4. Vn tc pha và vn tc nhóm
Vận tốc pha
hảo sát một sóng phẳng đơn sắc tần số góc
lan truyền
trong một môi trường có chiết suất n. Sóng này có thể được mô tả bởi
phương trình:
()
( , ) .
i kz t
E z t Ae c c

.. (1.25)
trong đó: k =
n
c
(1.26)