TRÍCH YẾU LUẬN ÁN
1. Tóm tắt mở đầu
Tên tác giả: Lê Văn Đoài
Tên luận án: Điều khiển hệ số phi tuyến Kerr của môi trường khí nguyên tử 85Rb dựa trên hiệu ứng trong suốt cảm ứng điện từ.
Ngành khoa học của luận án: Quang học
Mã số: 62.44.01.09
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Vinh
2. Nội dung bản trích yếu
2.1. Mục đích và đối tượng nghiên cứu của luận án
- Xây dựng mô hình giải tích biểu diễn hệ số phi tuyến Kerr của hệ lượng tử năm mức năng lượng cấu hình bậc thang khi có mặt hiệu ứng EIT;
- Áp dụng kết quả giải tích vào trường hợp nguyên tử 85Rb để nghiên cứu khả năng điều khiển và tăng cường phi tuyến Kerr theo các thông số của trường laser liên kết;
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự tăng cường phi tuyến Kerr và so sánh với kết quả thực nghiệm được quan sát trong hệ ba mức.
2.2. Các phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp lý thuyết: sử dụng hình thức luận ma trận mật độ và lýthuyết nhiễu loạn dừng;
- Sử dụng các gần đúng: gần đúng lưỡng cực điện, gần đúng sóng quay và gần đúng trường yếu;
- Sử dụng phương pháp đồ thị để khảo sát các kết quả nghiên cứu và so sánh với sự quan sát thực nghiệm.
2.3. Các kết quả chính và kết luận
1. Dựa trên khả năng cảm ứng đồng thời các trạng thái lượng tử gần nhau bởi một trường laser mạnh theo quy tắc dịch chuyển lưỡng cực điện, chúng tôi đã đề xuất mô hình hệ lượng tử năm mức năng lượng cấu hình bậc thang để tăng cường phi tuyến Kerr dựa trên hiệu ứng trong suốt cảm ứng điện từ (EIT).
2. Sử dụng lý thuyết bán cổ điển kết hợp với lý thuyết nhiễu loạn dừng trong giới hạn gần đúng trường yếu và gần đúng sóng quay, độ cảm bậc ba và hệ số phi tuyến Kerr của hệ lượng tử năm mức năng lượng đã được dẫn ra như là hàm của tham số cấu trúc nguyên tử và của laser điều khiển. Kết quả giải tích thu được trong luận án sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho triển khai các nghiên cứu ứng dụng cần biết chính xác hệ số phi tuyến Kerr.
3. Kết quả giải tích thu được trong đề tài này có thể áp dụng cho các hệ nguyên tử hoặc phân tử có cấu trúc phổ phù hợp với mô hình hệ lượng tử năm mức bậc thang. Hơn nữa, kết quả thu được cho hệ năm mức hoàn toàn có thể quy về cho các hệ ba hoặc bốn mức năng lượng đã được nghiên cứu trước đây.
4. Để minh họa ứng dụng của mô hình đã được đề xuất vào trong thực tế, chúng tôi áp dụng cho hệ nguyên tử 85Rb. Kết quả nghiên cứu cho thấy, độ phi tuyến Kerr trong ba miền phổ EIT lớn hơn vài bậc so với khi không có EIT và lớn hơn cỡ sáu bậc so với phi tuyến Kerr của vật liệu truyền thống. Do đó, sử dụng môi trường phi tuyến Kerr được tăng cường bởi EIT vào thiết bị quang tử sẽ cho phép giảm ngưỡng (tức là tăng độ nhạy) cỡ hàng triệu lần so với sử dụng vật liệu truyền thống.
5. Sự tăng cường phi tuyến Kerr trong miền phổ rộng là một ưu điểm nổi bật của mô hình năm mức năng lượng được đề xuất trong đề tài này so với các mô hình ba hoặc bốn mức đã được nghiên cứu trước đây. Ngoài ra, trong mỗi cửa sổ EIT, giá trị của hệ số phi tuyến Kerr được phân tách thành hai miền ngược dấu nhau. Đặc biệt, biên độ và dấu của giá trị hệ số phi tuyến Kerr có thể điều khiển được bằng cách thay đổi tần số và/hoặc cường độ của trường laser điều khiển.
6. Chúng tôi đã khảo sát ảnh hưởng của mở rộng Doppler lên phi tuyến Kerr. Kết quả cho thấy biên độ phi tuyến Kerr giảm khi chuyển động nhiệt của môi trường nguyên tử tăng lên. Đây cơ sở cho lựa chọn các tham số phù hợp để điều khiển các quá trình phi tuyến Kerr ở nhiệt độ khác nhau.
7. Việc tìm ra được biểu thức giải tích của hệ số phi tuyến Kerr theo các tham số có ý nghĩa quan trọng bởi nó không chỉ cho phép chúng ta nghiên cứu định lượng về sự tăng cường và khả năng điều khiển phi tuyến Kerr của môi trường EIT mà làm cơ sở cho lựa chọn chính xác tham số thực nghiệm kiểm chứng. Ngoài ra, kết quả giải tích đã góp phần làm sáng tỏ bản chất của sự tăng cường phi tuyến Kerr dựa trên hiệu ứng EIT và định hướng cho các nghiên cứu ứng dụng trong chế tạo các thiết bị quang tử có ngưỡng phi tuyến thấp.
8. Các kết quả nghiên cứu trong luận án đã được công bố trong 03 bài báo trên các tạp chí quốc tế trong danh mục ISI.