Zpomalen a zasta ven sv tlo
Download
1 / 97

ZPOMALEN É A ZASTA VENÉ SVĚTLO - PowerPoint PPT Presentation


  • 85 Views
  • Uploaded on

ZPOMALEN É A ZASTA VENÉ SVĚTLO. Kalvová, FZÚ AV ČR, Praha a B. Velický, MFF UK a FZÚ AV ČR, Praha. ... po pěti letech. ZPOMALENÉ A ZASTAVENÉ SVĚTLO. A. Kalvová, FZÚ AV ČR, Praha a B. Velický, MFF UK a FZÚ AV ČR, Praha. 1999. historicky první, ale naprosto typický výsledek experimentu.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' ZPOMALEN É A ZASTA VENÉ SVĚTLO' - kat


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
Zpomalen a zasta ven sv tlo

ZPOMALENÉ A ZASTAVENÉ SVĚTLO

Kalvová, FZÚ AV ČR, Praha

a

B. Velický, MFF UK a FZÚ AV ČR, Praha


Po p ti letech

... po pěti letech

ZPOMALENÉ A ZASTAVENÉ SVĚTLO

A. Kalvová, FZÚ AV ČR, Praha

a

B. Velický, MFF UK a FZÚ AV ČR, Praha


Historicky prvn ale naprosto typick v sledek experimentu

1999

historicky první,alenaprosto typickývýsledek experimentu

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


1999

sodíková

D-čára

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


1999

obálka pulsu na vstupu

sodíková

D-čára

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


1999

obálka pulsu na vstupu

obálka pulsu na výstupu

7.05 s

sodíková

D-čára

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


1999

obálka pulsu na vstupu

obálka pulsu na výstupu

sodíková

D-čára

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


1999

BEC ???

obálka pulsu na vstupu

obálka pulsu na výstupu

sodíková

D-čára

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


V voj 1999 2004
Vývoj 1999 – 2004

atomová pára

T 0

zpomalení

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


V voj 1999 20041
Vývoj 1999 – 2004

atomová pára

T 0

zpomalení

atomová pára

T R.T.

zpomalení

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


V voj 1999 20042
Vývoj 1999 – 2004

atomová pára

T 0

zpomalení

atomová pára

T R.T.

zpomalení

zastavení

zastavení

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


V voj 1999 20043
Vývoj 1999 – 2004

atomová pára

T 0

zpomalení

atomová pára

T R.T.

zpomalení

zastavení

zastavení

krystal s def.

T 5 K

zpomalení &

zastavení

krystal s def.

T R.T.

zpomalení

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


V voj 1999 20044
Vývoj 1999 – 2004

atomová pára

T 0

zpomalení

atomová pára

T R.T.

zpomalení

zastavení

zastavení

krystal s def.

T 5 K

zpomalení &

zastavení

krystal s def.

T R.T.

zpomalení

nové principy (makro-skopické

jevy)

pomalé světlo a BEC

A P L I K A C E ???

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


V voj 1999 20045
Vývoj 1999 – 2004

atomová pára

T 0

zpomalení

"PLYN" TÉMĚŘ NEZÁVISLÝCH ATOMŮ V KOHERENTNÍ INTERAKCI SE SVĚTLEM

atomová pára

T R.T.

zpomalení

zastavení

zastavení

dnes nediskutujeme

krystal s def.

T 5 K

zpomalení &

zastavení

krystal s def.

T R.T.

zpomalení

nové principy (makro-skopické

jevy)

pomalé světlo a BEC

A P L I K A C E ???

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Zpomalen a zastaven sv tlo v dk ch atom rn ch soustav ch
Zpomalené a zastavené světlo v řídkých atomárních soustavách

  • ... dnešní téma

  • Makroskopický popis

  • zpomalení i úplné zastavení světla ... malá grupová rychlost

  • podmínka: vysoká disperse a malá absorpce kolem nosné frekvence pulsu

    Možnosti: na základě jevů kvantové koherence světla a hmotné soustavy

  • Elektromagneticky Indukovaná Transparence -- EIT

    ... navrhováno dávno v teoretické kvantové optice – 1969

  • koherentní oscilace obsazení hladin

    ... teoreticky objeveno a zkoumáno od r. 1981

    Realisace:počínajíc rokem 1999, stále v rozvoji

DVA PILÍŘE

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Akt i zpomalen sv tlo

AKT I. soustavách ZPOMALENÉ SVĚTLO

pohled makroskopické fysiky

pohled kvantové optiky

pohled atomové fysiky a konkrétní experimenty


Pohled makroskopick fysiky

Pohled makroskopické fysiky soustavách

puls jako vlnové klubko v dispergujícím prostředí

výrazy pro grupovou rychlost

makroskopická elektrodynamika hmotných prostředí

Maxwellovy rovnice, materiálový vztah, elmg. vlny

komplexní index lomu, Kramers-Kronigovy relace

podmínky pro zpomalení a zastavení světla


En vlnov ch puls v disperguj c m prost ed
Šíření vlnových pulsů v dispergujícím prostředí soustavách

  • rovinná monochromatická vlna

  • fázová rychlost vlny o frekvenci 

  • index lomu

  • (Moivre ).

f á z e

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


En vlnov ch puls v disperguj c m prost ed1
Šíření vlnových pulsů v dispergujícím prostředí soustavách

  • rovinná monochromatická vlna

  • fázová rychlost vlny o frekvenci 

  • index lomu

  • (Moivre ).

  • bezdispersní prostředí

f á z e

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


En vlnov ch puls v disperguj c m prost ed ii
Šíření vlnových pulsů v dispergujícím prostředí II.

  • puls o nosné frekvenci vlnové klubko

  • lineární superposice rovinných vln

  • fáze do lineární aproximace podle 

  • grupový index lomu

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


En vlnov ch puls v disperguj c m prost ed ii1
Šíření vlnových pulsů v dispergujícím prostředí II.

  • puls o nosné frekvenci vlnové klubko

  • nosná vlna             obálka pulsu

  • fázová rychlost grupová rychlost

  • index lomu grupový index lomu

  •      1  n  4                      ??????

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


En vlnov ch puls v disperguj c m prost ed ii2
Šíření vlnových pulsů v dispergujícím prostředí II.

  • puls o nosné frekvenci vlnové klubko

  • nosná vlna                obálka pulsu

  • fázová rychlost grupová rychlost

  • index lomu grupový index lomu

  •      1  n  4                      ??????

  • rozhodující je disperse indexu lomu

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


En vlnov ch puls v disperguj c m prost ed i i i
Šíření vlnových pulsů v dispergujícím prostředí I II.II.

v bezdispersním prostředí se fáze a obálka pulsu

pohybují společně,

vf= vg

v dispersivním prostředí

fáze předbíhá obálku pulsu

nízké frekvence -- vysoké,

vf> vg

čas t 

čas t 

souřadnice x 

souřadnice x 

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Elektrodynamika hmotn ch spojit ch prost ed
Elektrodynamika hmotn II.ých (spojitých) prostředí

  • Výchozí otázka: fysikální původ indexu lomu

  • ½ odpovědi – Maxwellovy rovnice (neomezená homogenní isotropní látka)

  • odpovědi – materiálový vztah uzavírá soustavu rovnic pro pole . lokální, lineární, kausální

  • funkce odezvy (paměťová funkce)↑ -- mikroskopický výpočet nutný

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Elektrodynamika hmotn ch spojit ch prost ed1
Elektrodynamika hmotn II.ých (spojitých) prostředí

  • Výchozí otázka: fysikální původ indexu lomu

  • ½ odpovědi – Maxwellovy rovnice (neomezená homogenní isotropní látka)

  • odpovědi – materiálový vztah uzavírá soustavu rovnic pro pole . lokální, lineární, kausální

  • funkce odezvy (paměťová funkce)↑ -- mikroskopický výpočet nutný

dynamické rovnice

okrajové podmínky

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Elektrodynamika hmotn ch spojit ch prost ed2
Elektrodynamika hmotn II.ých (spojitých) prostředí

  • Výchozí otázka: fysikální původ indexu lomu

  • ½ odpovědi – Maxwellovy rovnice (neomezená homogenní isotropní látka)

  • odpovědi – materiálový vztah uzavírá soustavu rovnic pro pole . lokální, lineární, kausální

  • funkce odezvy (paměťová funkce)↑ -- mikroskopický výpočet nutný

dynamické rovnice

posunutí vakuapolní komponenta

okrajové podmínky

induk. polarisacehmotná komponenta

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Elektrodynamika hmotn ch spojit ch prost ed3
Elektrodynamika hmotn II.ých (spojitých) prostředí

  • Výchozí otázka: fysikální původ indexu lomu

  • ½ odpovědi – Maxwellovy rovnice (neomezená homogenní isotropní látka)

  • odpovědi – materiálový vztah uzavírá soustavu rovnic pro pole . lokální, lineární, kausální

  • funkce odezvy (paměťová funkce)↑ -- mikroskopický výpočet nutný

dynamické rovnice

posunutí vakuapolní komponenta

okrajové podmínky

induk. polarisacehmotná komponenta

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Elektrodynamika hmotn ch spojit ch prost ed4
Elektrodynamika hmotn II.ých (spojitých) prostředí

  • Výchozí otázka: fysikální původ indexu lomu

  • ½ odpovědi – Maxwellovy rovnice (neomezená homogenní isotropní látka)

  • odpovědi – materiálový vztah uzavírá soustavu rovnic pro pole . lokální, lineární, kausální

  • funkce odezvy (paměťová funkce)↑ -- mikroskopický výpočet nutný

dynamické rovnice

posunutí vakuapolní komponenta

okrajové podmínky

induk. polarisacehmotná komponenta

t

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Elektrodynamika hmotn ch spojit ch prost ed5
Elektrodynamika hmotn II.ých (spojitých) prostředí

  • Výchozí otázka: fysikální původ indexu lomu

  • ½ odpovědi – Maxwellovy rovnice (neomezená homogenní isotropní látka)

  • odpovědi – materiálový vztah uzavírá soustavu rovnic pro pole . lokální, lineární, kausální

  • funkce odezvy (paměťová funkce)↑

dynamické rovnice

posunutí vakuapolní komponenta

okrajové podmínky

induk. polarisacehmotná komponenta

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Elektrodynamika hmotn ch spojit ch prost ed6
Elektrodynamika hmotn II.ých (spojitých) prostředí

  • Výchozí otázka: fysikální původ indexu lomu

  • ½ odpovědi – Maxwellovy rovnice (neomezená homogenní isotropní látka)

  • odpovědi – materiálový vztah uzavírá soustavu rovnic pro pole . lokální, lineární, kausální

  • funkce odezvy (paměťová funkce)↑ -- mikroskopický výpočet

dynamické rovnice

posunutí vakuapolní komponenta

okrajové podmínky

induk. polarisacehmotná komponenta

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Elektrodynamika hmotn ch spojit ch prost ed7
Elektrodynamika hmotn II.ých (spojitých) prostředí

  • Výchozí otázka: fysikální původ indexu lomu

  • ½ odpovědi – Maxwellovy rovnice (neomezená homogenní isotropní látka)

  • odpovědi – materiálový vztah uzavírá soustavu rovnic pro pole . lokální, lineární, kausální

  • funkce odezvy (paměťová funkce)↑ -- mikroskopický výpočet

dynamické rovnice

posunutí vakuapolní komponenta

okrajové podmínky

induk. polarisacehmotná komponenta

FYSIKA

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Materi lov vztah a komplexn index lomu n
Materiálový vztah a komplexní index lomu II.N

  • materiálový vztah

  • dosadíme zkusmo rovinnou vlnu,

  • Vektor polarisacePje pak rovněž tvaru rovinné vlny,

  • komplexní susceptibilita Fourierova transformace funkce odezvy

  • Maxw. r.  podmínka řešitelnosti

komplexní index lomu

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Materi lov vztah a komplexn index lomu n1
Materiálový vztah a komplexní index lomu II.N

  • materiálový vztah

  • dosadíme zkusmo rovinnou vlnu,

  • Vektor polarisacePje pak rovněž tvaru rovinné vlny,

  • komplexní susceptibilita Fourierova transformace funkce odezvy

  • Maxw. r.  podmínka řešitelnosti

komplexní index lomu

komplexní permitivita

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Materi lov vztah a komplexn index lomu n2
Materiálový vztah a komplexní index lomu II.N

  • materiálový vztah

  • dosadíme zkusmo rovinnou vlnu,

  • Vektor polarisacePje pak rovněž tvaru rovinné vlny,

  • komplexní susceptibilita Fourierova transformace funkce odezvy

  • Maxw. r.  podmínka řešitelnosti

komplexní index lomu

komplexní permitivita

Maxwellův vztah

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Kramers kronigov a relace
Kramers-Kronigov II.a relace

  • (útlum/absorpce vlny)

  • komplexní index lomu = index lomu + iextinkční koeficient

  • Kramers-Kronigova relace: refrakce a absorpce nejsou nezávislé

  • K-K relace je integrální transformace

dvě

jedna

reálná funkce

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Kramers kronigova relace
Kramers-Kronigova relace II.

  • (útlum/absorpce vlny)

  • komplexní index lomu = index lomu + iextinkční koeficient

  • Kramers-Kronigova relace: refrakce a absorpce nejsou nezávislé

  • K-K relace je integrální transformace

  • „Bez absorpce není disperse“

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Kramers kronigova relace a lok ln struktura n a k
Kramers-Kronigova relace a lokální struktura II.n a k

  • (útlum/absorpce vlny)

  • komplexní index lomu = index lomu + iextinkční koeficient

  • Kramers-Kronigova relace: refrakce a absorpce nejsou nezávislé

  • K-K relace je integrální transformace

  • „Bez absorpce není disperse“

  • ale     jádro integrálu je

  •                                                     silně singulární pro = 

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Kramers kronigova relace a lok ln struktura n a k1
Kramers-Kronigova relace a lokální struktura II.n a k

  • (útlum/absorpce vlny)

  • komplexní index lomu = index lomu + iextinkční koeficient

  • Kramers-Kronigova relace: refrakce a absorpce nejsou nezávislé

  • K-K relace je integrální transformace

  • „Bez absorpce není disperse“

  • ale     jádro integrálu je

  •                                                     silně singulární pro = 

  • lokální vztahy

  • k() maximum minimum vzestup pokles

  • n() pokles vzestup maximum minimum

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


K k relace a lok ln struktura n a k v choz model
K-K relace a lokální struktura II.n a k : výchozí model

Dvě Lorentzovy linie

  • Výchozí model:

  • = 5, p= .9 , = 0,5

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


K k relace a lok ln struktura n a k v choz model1
K-K relace a lokální struktura II.n a k : výchozí model

Dvě Lorentzovy linie

  • Výchozí model:

  • = 5, p= .9 , = 0,5

+

  • modrá – homogenně rozšířená absorpční linie

    disperse – střídá se normální | anomální | normální

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


K k relace a lok ln struktura n a k v choz model2
K-K relace a lokální struktura II.n a k : výchozí model

Dvě Lorentzovy linie

  • Výchozí model:

  • = 5, p= .9 , = 0,5

+

-

  • modrá – homogenně rozšířená absorpční linie

    disperse – střídá se normální | anomální | normální

  • červená – úzká "anti-absorpce" ... okno průhlednosti

    disperse – strmý téměř lineární nárůst indexu lomu

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


K k relace a lok ln struktura n a k v choz model3
K-K relace a lokální struktura II.n a k : výchozí model

Dvě Lorentzovy linie

  • Výchozí model:

  • = 5, p= .9 , = 0,5

+

-

  • modrá – homogenně rozšířená absorpční linie

    disperse – střídá se normální | anomální | normální

  • červená – úzká "anti-absorpce" ... okno průhlednosti

    disperse – strmý téměř lineární nárůst indexu lomu

  • lokální vztahy mezi n a k

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


K k relace a lok ln struktura n a k v choz model4
K-K relace a lokální struktura II.n a k : výchozí model

Dvě Lorentzovy linie

  • Výchozí model:

  • = 5, p= .9 , = 0,5

+

-

  • modrá – homogenně rozšířená absorpční linie

    disperse – střídá se normální | anomální | normální

  • červená – úzká "anti-absorpce" ... okno průhlednosti

    disperse – strmý téměř lineární nárůst indexu lomu

  • lokální vztahy mezi n a k

  • puls - naladěný na okno

    - spektrálně úzký ( dostatečně dlouhý)

    ... zpomalený netlumený

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


K k relace a lok ln struktura n a k v choz model5
K-K relace a lokální struktura II.n a k : výchozí model

Dvě Lorentzovy linie

  • Výchozí model:

  • = 5, p= .9 , = 0,5

+

-

  • modrá – homogenně rozšířená absorpční linie

    disperse – střídá se normální | anomální | normální

  • červená – úzká "anti-absorpce" ... okno průhlednosti

    disperse – strmý téměř lineární nárůst indexu lomu

  • lokální vztahy mezi n a k

  • puls - naladěný na okno

    - spektrálně úzký ( dostatečně dlouhý)

    ... zpomalený netlumený

  • kde hledat ??? aktivní prostředí buzené

    pomocným laserem

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


K k relace a lok ln struktura n a k v choz model6
K-K relace a lokální struktura II.n a k : výchozí model

Dvě Lorentzovy linie

  • Výchozí model:

  • = 5, p= .9 , = 0,5

+

-

HLUBŠÍ VÝZNAM

koherentní procesy v aktivním (otevřeném) prostředí

  • modrá – homogenně rozšířená absorpční linie

    disperse – střídá se normální | anomální | normální

  • červená – úzká "anti-absorpce" ... okno průhlednosti

    disperse – strmý téměř lineární nárůst indexu lomu

  • lokální vztahy mezi n a k

  • puls - naladěný na okno

    - spektrálně úzký (  dostatečně dlouhý)

    ... zpomalený netlumený

  • kde hledat ??? aktivní prostředí buzené

    pomocným laserem

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


K k relace a lok ln struktura n a k v choz model7
K-K relace a lokální struktura II.n a k : výchozí model

Dvě Lorentzovy linie

  • Výchozí model:

  • = 5, p= .9 , = 0,5

+

-

HLUBŠÍ VÝZNAM

koherentní procesy v aktivním (otevřeném) prostředí

  • modrá – homogenně rozšířená absorpční linie

    disperse – střídá se normální | anomální | normální

  • červená – úzká "anti-absorpce" ... okno průhlednosti

    disperse – strmý téměř lineární nárůst indexu lomu

  • lokální vztahy mezi n a k

  • puls - naladěný na okno

    - spektrálně úzký (  dostatečně dlouhý)

    ... zpomalený netlumený

  • kde hledat ??? aktivní prostředí buzené

    pomocným laserem

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Pohled kvantov optiky

Pohled kvantové optiky II.

zředěný oblak dvouhladinových "atomů"

atomová polarisovatelnost, komplexní index lomu

zředěný oblak tříhladinových "atomů" (-systém)

kvantové provázání hladin, temné stavy, EIT a dál

výsledný komplexní index lomu

reálnépodmínky pro zpomalení a zastavení světla


Optick odezva dvouhladinov ho atomu
Optická odezva dvouhladinového atomu II.

P

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Optick odezva dvouhladinov ho atomu1
Optická odezva dvouhladinového atomu II.

P

základní stav

(obsazený)

excitovaný stav

(prázdný, konečná doba života)

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Optick odezva dvouhladinov ho atomu2
Optická odezva dvouhladinového atomu II.

P

rozladění

resonanční frekvence

P ... "probe", měřicí sonda

proměnná frekvence P- laseru

základní stav

(obsazený)

excitovaný stav

(prázdný, konečná doba života)

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Optick odezva dvouhladinov ho atomu3
Optická odezva dvouhladinového atomu II.

kvantová Lorentzova resonance

atomová susceptibilita:

P

rozladění

resonanční frekvence

P ... "probe", měřicí sonda

proměnná frekvence P- laseru

oscilátorová mohutnost

šířka optické linie

základní stav

(obsazený)

excitovaný stav

(prázdný, konečná doba života)

Bohrova resonanční podmínka

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Optick odezva t hladinov ho atomu eit

II.

C

P

Optická odezva tříhladinového atomu: EIT

- systém atomových hladin

1 ... základní obsazený stav

2 ... nižší ze dvou excitovaných stavů

prázdný, přechod 1  2 zakázaný

3 ... vyšší excit. stav, konečná šířka

přechody 1  3, 2  3 dovolené

naladěná frekvence Probe laseru

naladěná frekvence Coupling laseru

Velmi produktivní systém v kvantové optice

Zde jen EIT

Elektromagneticky Indukovaná Transparence

P

C

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Optick odezva t hladinov ho atomu eit1

II.

C

P

Optická odezva tříhladinového atomu: EIT

Elektromagneticky Indukovaná

Transparence

  • C-laser naladěný přesně na

    intensivní Rabiho frekvence

    kvantové provázání prázdných stavů 2,3

  • P-laser naladěný přesně na

    nevybudí optické přechody 1  3.

    temné stavy EIT ... P svazek prochází

    3. Při rozladění

    pravděpodobnost přechodu strmě roste

    úzké okno průzračnosti

     velká positivní disperse indexu lomu

C

P

=- P0

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Optick odezva t hladinov ho atomu eit2

II.

C

P

Optická odezva tříhladinového atomu: EIT

Elektromagneticky Indukovaná

Transparence

atomová susceptibilita (lineární)

pro P svazek

v přítomnosti C svazku

=- P

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Optick odezva t hladinov ho atomu eit3

II.

C

P

Optická odezva tříhladinového atomu: EIT

Elektromagneticky Indukovaná

Transparence

atomová susceptibilita (lineární)

pro P svazek

v přítomnosti C svazku

=- P

návrat k dvouhladině

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Optick odezva t hladinov ho atomu eit4

II.

C

P

Optická odezva tříhladinového atomu: EIT

Elektromagneticky Indukovaná

Transparence

atomová susceptibilita (lineární)

pro P svazek

v přítomnosti C svazku

=- P

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Optick konstanty prost ed p i eit
Optické konstanty prostředí při EIT II.

zředěný plyn ... malá hustota částic 

relativní permitivita podmínka

komplexní index lomu

C laser odpojen ("dvouhladina")

C laser zapojen EIT

grupová rychlost

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Optick konstanty prost ed p i eit1
Optické konstanty prostředí při EIT II.

zředěný plyn ... malá hustota částic 

relativní permitivita podmínka

komplexní index lomu

C laser odpojen ("dvouhladina")

C laser zapojen EIT

grupová rychlost

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Pohled atomov fysiky a experimenty

Pohled atomové fysiky a experimenty II.

páry atomů alkalických kovů za nízkých teplot

výběr -systému pro grupovou rychlost

páry atomů alkalických kovů za pokojových teplot

potlačení Dopplerova jevu

ionty vzácných zemin

využití jevu "spectral hole burning"

ionty přechodových kovů (chrom v rubínu)

koherentní oscilace obsazení hladin


Eit objev a prvn pokusy
EIT – objev a první pokusy II.

teoretická práce – S.E. Harris 1969

experiment – S.E. Harris 1991

poprvé v parách alk. kovu

shoda s teorií

snížení absorpce 200 milion krát

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Ty i v choz pr ce
čtyři výchozí práce II.

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Pomal sv tlo ve studen ch par ch sod ku
Pomalé světlo ve studených parách sodíku II.

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Pomal sv tlo v hork ch par ch rubidia
Pomalé světlo v horkých parách rubidia II.

Fysikální problém:

tepelný pohyb atomů Dopplerův jev

Posun frekvencí

při nízkých teplotách

tento problém nevzniká

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Pomal sv tlo v hork ch par ch rubidia1
Pomalé světlo v horkých parách rubidia II.

Fysikální problém:

tepelný pohyb atomů Dopplerův jev

Posun frekvencí

při nízkých teplotách

tento problém nevzniká

nehomogenní rozšíření spektrálních čar

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Pomal sv tlo v hork ch par ch rubidia2
Pomalé světlo v horkých parách rubidia II.

Fysikální problém:

tepelný pohyb atomů Dopplerův jev

Posun frekvencí

řešení

Dopplerův posuv stejný pro oba svazky

při společném působení se posuvy kompensují

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Zpomalen sv tlo v krystalech pr yso
Zpomalené světlo v krystalech II.Pr:YSO

hyperjemná rozštěpení řádu MHz

při optických frekvencích řádu 1015 Hz

problém:

nehomogenní šířka řádu GHz

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Zpomalen sv tlo v krystalech pr yso1
Zpomalené světlo v krystalech II.Pr:YSO

hyperjemná rozštěpení řádu MHz

při optických frekvencích řádu 1015 Hz

problém:

nehomogenní šířka řádu GHz

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Zpomalen sv tlo v krystalech pr yso2
Zpomalené světlo v krystalech II.Pr:YSO

SPECTRAL HOLE BURNING

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Zpomalen sv tlo v krystalech pr yso3
Zpomalené světlo v krystalech II.Pr:YSO

  • Vytvoření EIT v Pr:YSO

  • technikou vypálení spektrální díry vzniká (nekoherentní) okno v široké čáře

  • excitací ("repump") v něm vytvořena úzká distribuce ("antidíra")

  • ta je vlastně triplet homog. rozšíř. čar

  • na prostřední je naladěn C laser, vzniká EIT

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Zpomalen sv tlo v krystalech pr yso4
Zpomalené světlo v krystalech II.Pr:YSO

  • Vytvoření EIT v Pr:YSO

  • technikou vypálení spektrální díry vzniká (nekoherentní) okno v široké čáře

  • excitací ("repump") v něm vytvořena úzká distribuce ("antidíra")

  • ta je vlastně triplet homog. rozšíř. čar

  • na prostřední je naladěn C laser, vzniká EIT

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Zpomalen sv tlo v krystalech pr yso5
Zpomalené světlo v krystalech II.Pr:YSO

  • Vytvoření EIT v Pr:YSO

  • technikou vypálení spektrální díry vzniká (nekoherentní) okno v široké čáře

  • excitací ("repump") v něm vytvořena úzká distribuce ("antidíra")

  • ta je vlastně triplet homog. rozšíř. čar

  • na prostřední je naladěn C laser, vzniká EIT

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Zpomalen sv tlo v krystalech pr yso6
Zpomalené světlo v krystalech II.Pr:YSO

výsledky srovnatelné se zředěnými atomovými parami

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Zpomalen sv tlo v rub nu
Zpomalené světlo v rubínu II.

rubín – Cr:Al2O3

při pokojové teplotě

koherentní oscilace obsazení

jednoduché zařízení

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Zpomalen sv tlo v rub nu1
Zpomalené světlo v rubínu II.

výsledky srovnatelné se zředěnými atomovými parami

jsou však dosud ve vývoji

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Akt ii zastaven sv tlo

AKT II. II. ZASTAVENÉ SVĚTLO


Jak se d zastavit sv tlo
Jak se dá zastavit světlo ??? II.

  • Tyto úvahy navázaly na zpomalení světla, byly však mnohem hlubší

  • Zpomalený puls se prostorově smrští v poměru

    Příklad: puls trvá dobu je dlouhý ve vakuu při 30 m/s měří jen

    2 s 600m 20 m

    Může se celý vejít do EIT aktivního prostředí a dlouho tam pobýt

  • Během této doby je možno jeho rychlost řídit regulací výkonu C-laseru, dá se i "zastavit"

  • Otázka: je možná jeho rekuperace a opětné rozběhnutí?

  • To by dávalo možnost nejenom zpožďování, ale i ukládání světelného pulsu do paměti

  • Od statického k dynamickému EIT

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Jak se d zastavit sv tlo1

extinkce II.

frekvence

intensita

C-laseru

disperse

frekvence

Jak se dá zastavit světlo ???

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Jak se d zastavit sv tlo2

extinkce II.

frekvence

intensita

C-laseru

disperse

frekvence

Jak se dá zastavit světlo ???

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Jak se d zastavit sv tlo3

extinkce II.

frekvence

intensita

C-laseru

disperse

frekvence

Jak se dá zastavit světlo ???

# necháme puls celý

vstoupit do látky

# vypínáním C-laseru

snižujeme

grupovou rychlost

až k nule

# co se však stane po

opětovném zapnutí

???

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Harvard op t prvn

2001 II.

Harvard opět první

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Zastaven sv tlo v chladn ch par ch sod ku
Zastavené světlo v chladných parách sodíku II.

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Zastaven sv tlo v chladn ch par ch sod ku1
Zastavené světlo v chladných parách sodíku II.

C laser

IN

OUT

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


tři publikované práce II.

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


tři publikované práce II.

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Zastaven sv tlo v hork ch par ch rubidia
Zastavené světlo v horkých parách rubidia II.

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Zastaven sv tlo v hork ch par ch rubidia1
Zastavené světlo v horkých parách rubidia II.

INTERFERMETRICKY PROKÁZANÁ KOHERENCE

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Zastaven sv tlo v krystalech pr yso
Zastavené světlo v krystalech II.Pr:YSO

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Jak se d zastavit a op t vypustit sv tlo
Jak se dá zastavit II. a opět vypustit světlo ???

  • Připomenutí: v hmotném prostředí se světlo pojí s polarisací, výsledné je spojení obou

  • EIT Možné stavy atomů

    |1+ P - světlo

    |2 - hmotná excitace

    (stav |3je virtuální a prostřednictvím

    C - fotonu oba koherentně propojí)

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Jak se d zastavit a op t vypustit sv tlo1
Jak se dá zastavit II. a opět vypustit světlo ???

  • Připomenutí: v hmotném prostředí se světlo pojí s polarisací, výsledné je spojení obou

  • EIT Možné stavy atomů

    |1+ P - světlo

    |2 - hmotná excitace

    (stav |3je virtuální a prostřednictvím

    C - fotonu oba koherentně propojí)

RAMAN

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Jak se d zastavit a op t vypustit sv tlo2
Jak se dá zastavit II. a opět vypustit světlo ???

  • Připomenutí: v hmotném prostředí se světlo pojí s polarisací, výsledné je spojení obou

  • EIT Možné stavy atomů

    |1+ P - světlo

    |2 - hmotná excitace

    (stav |3je virtuální a prostřednictvím

    C - fotonu oba koherentně propojí)

  • P – světlo propojí koherentně všechny excit. |2 atomy ...

    TEMNÝ POLARITON

    |21| ... "spin", spinová koherence jako kolektivní excitace

  • v adiabatickém (pomalém) režimu

    P – světlo spinová koherence

RAMAN

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Jak se d zastavit a op t vypustit sv tlo3
Jak se dá zastavit II. a opět vypustit světlo ???

  • Výsledek teorie

  • Při vypínání C laseru zároveň

    grupová rychlost klesá k nule

    hmotná excitace tvoří 100% temného polaritonu

  • Zastavena je tedy koherentní excitace atomového podsystému.

  • Po opětném uvolnění se koherentně a vratně promění zpět na světlo

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Akt iii bec a zpomalen sv tlo

AKT III. II.BEC A ZPOMALENÉ SVĚTLO


P m pozorov n zpomalen ho a zastaven ho pulsu
Přímé pozorování zpomaleného a zastaveného pulsu II.

zobrazení pomocí CCD2

zobrazení všech atomů |1

základní stav BEC: 2D Gaussovka

  • selektivní zobrazení atomů ve stavu |2...

  • "spinová koherence"

  • puls venku dlouhý cca 2 km

    vtéká ... hustota oblaku roste

  • po 5 s je celý uvnitř,

    stlačený na 25 m a zastaven

  • srpkovitý tvar: na krajích je

    hustota BEC menší, grupová

    rychlost tedy větší

č a s

... HAU

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Atomov laser
Atomový laser II.

... HAU

4.2 cm/s

45°

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Atomov laser1
Atomový laser II.

... HAU

4.2 cm/s

45°

kondensát|2-atomů

tvarová změna ...

interference

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Atomov laser2
Atomový laser II.

RAMAN

... HAU

P

4.2 cm/s

|1

|3

45°

C

|3

|2

kondensát|2-atomů

tvarová změna ...

interference

Plzeň CTS 2005 FZÚ AV ČR


Z v r ka d si ud lej s m

ZÁVĚR: II.KAŽDÝ SI UDĚLEJ SÁM


ad