簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 莊孟謙
Chuang, Meng-Chieng
論文名稱: 銫原子的非線性光學性質
Nonlinear Optical Properties of Cesium Atom
指導教授: 蔡錦俊
Tsai, Chin-Chun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 62
中文關鍵詞: Z掃描非線性
外文關鍵詞: Cesium, Z-scan, Nonlinearity
相關次數: 點閱:116下載:2
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本論文建立了一個Z掃描量測系統來探討銫原子的非線性特性(折射率與吸收係數與入射光強度有關),藉由量測雷射光在與樣本作用後通過光圈的穿透率來觀察銫原子的非線性效應。
    在二能階系統中,原子的非線性效應是與雷射頻率與原子的密度的有關,所以本實驗選用銫原子在 譜線中 三個能階的等效中心頻率作為基準,並調整雷射頻率在此躍遷頻率附近來觀察調變量對於實驗的結果變化。實驗中控制銫原子溫度在攝氏80度左右以增加原子密度,藉由聲光調變晶體讓雷射頻率控制在離躍遷頻率400MHz甚至更遠來降低都卜勒加寬的影響。
    由實驗的數據顯示,在選擇雷射頻率對於原子能階為紅調變與藍調變時能分別觀察到原子的負透鏡效應與正透鏡效應,而其透鏡效應的大小也與調變量成負相關,但與雷射光強度則是正相關,至於非線性吸收對於Z掃描過程造成的影響亦於本論文中討論與分析,而程式模擬的數值可讓我們得到在溫度80 且入射光為+496MHz藍調變下的 。

    In this thesis, a typical Z-Scan system was constructed to measure the self-lensing effect in Cs vapor. The refractive nonlinearity (self-focusing or self-defocusing) can be observed by detecting the transmittance of the laser power that goes through an aperture.
    In a two-level system, the nonlinearity is related to the detuning and the vapor density of the Cs atoms. In this experiment, the temperature of the Cs cell is thermal stabilized at 80 and the frequency of external cavity diode laser was locked on the Cs hyperfine transition ( ). The frequency of the laser beam to the Cs cell can be tuned by Acousto-Optic Madulator to around 400MHz from the resonance.
    The phenomenon of self-focusing effect was observed when the frequency of the laser light was blue-detuned from the levels, and the red-detuning light gave the result of self-defocusing effect. The strength of the nonlinearity is proportional to the intensity of the incident light. The value of the second order of index of refraction id derived from the observed data to be under the condition of Cs cell at 80 and laser frequency at +496MHz blue detuning from the Cs line.

    摘要 I Abstract II 目錄 III 表目錄 V 圖目錄 V 第一章 緒論 1 第二章 基本原理 3 2-1 銫原子能階與都卜勒加寬 3 2-2 非線性光學 4 2-2-1克爾效應 4 2-2-2二能階原子模型 6 2-3 Z掃描量測法 7 2-4 程式模擬的模型 9 2-4-1加入都卜勒加寬條件下的吸收與折射係數 9 2-4-2 能階躍遷的中心頻率選定 10 2-4-3 Z掃描的程式模擬 12 第三章 實驗儀器架設 14 3-1 銫原子玻璃樣本與溫度控制 14 3-2 外腔二極體雷射的頻率調變 17 3-2-1 外腔二極體雷射 17 3-2-2 無都卜勒效應飽和吸收光譜 18 3-2-3雷射峰值鎖頻 21 3-2-4 聲光調變晶體 22 3-3 單模光纖與高斯光束 26 3-3-1 單模光纖 26 3-3-2 高斯光束與 值 27 3-4 移動平台 30 3-5光強訊號擷取系統 30 3-6 光路與儀器架設與校正 32 3-6-1 整體光路與儀器架設 32 3-6-2 實驗量測校正方法 34 3-7 系統控制與偵測系統整合程式 36 第四章 非線性吸收 37 4-1開孔式Z掃描與非線性吸收的關係 37 4-2高斯光束分佈與非線性吸收的影響 39 第五章 非線性折射率的變化 43 5-1自透鏡效應 43 5-2閉孔式Z掃描與折射率的變化關係 44 5-3紅調變與藍調變的量測結果 46 5-4光強變化的影響 47 5-5程式的模擬結果與問題討論 48 第六章 結論 50 參考文獻 51 附錄A 自製溫控器與熱敏電阻值轉換電路 53 附錄B 差動放大電路 56 附錄C 刀口法 57 附錄D 控制整合程式介面與操作介紹 59

    [1] J. M. Harris and N. J. Dovichi, “Thermal Lens Calorimetry”, Anal. Chem. 52, 695A (1980).

    [2] M. Sheik-Bahae, A. A. Said, T.-H. Wei, D. J. Hagan, and E. W. Van Stryland, “Sensitive measurement of optical nonlinearities using a single beam”, IEEE JQE. 26, 760 (1990).

    [3] 洪國洲, “有機溶液在穩態下的熱透鏡研究”, 國立中正大學物理學系碩士論文 (2005).

    [4] 林志杰, “都卜勒加寬的銣原子系統之光學非線性吸收與折射的Z掃描測量”, 國立中正大學物理學系碩士論文 (2009).

    [5] C. F. McCormick, D. R. Solli, R. Y. Chiao, and J. M. Hickmann, “Nonlinear absorption and refraction in near-detuned rubidium vapor”, J. Opt. Soc. Am. B 20, 2480 (2003).

    [6] 陳致融, “低溫銣原子的光學非線性效應之研究”, 國立中正大學物理學系碩士論文 (2008).

    [7] D. A. Steck, “Cesium D line Data”, http://steck.us/alkalidata/ (1998).

    [8] C. J. Foot, “Atomic Physics”, Oxford University Press (2005).

    [9] 彭江得, “光電子技術基礎”, 儒林圖書公司 (1993).

    [10] Y. Wang and M. Saffman, “Z-scan formula for two-level atoms”, Opt. Commun. 241, 513 (2004).

    [11] R. W. Boyd, “Nonlinear Optics”, 2nd Ed, Academic Press (2003).

    [12] C. F. McCormick, “Transverse Effect in Nonlinear Optics : Toward the Photon Superfluid”, Ph.D. thesis, University of California, Berkeley (2003).

    [13] Z.B. Liu, J. G. Tian, W. P. Zang, W. Y. Zhou, C. P. Zhang, and G. Y. Zhang, “Influence of Nonlinear Absorption on Z-Scan Measurements of Nonlinear Refraction”, Chin. Phys. Lett. 20, 509 (2003).
    [14] 方瑋嘉, “銫原子在室溫與冷原子團中的電磁引發透明”, 國立成功大學物理學系碩士論文 (2002).

    [15] 張益修, “利用雙光子光譜測量銫原子6S-7D的超精細結構”, 國立成功大學物理學系碩士論文 (2009).

    [16] 林伯耕, “訊號擷取方式對外腔二極體雷射頻率穩定的影響”, 國立成功大學物理學系碩士論文 (2002).

    [17] E. Hecht, “Optics”, 4th. Ed, Addison Wesley, (2001).

    [18] 施宙聰, “光電實驗課程”, 國立清華大學物理系 (1994).

    [19] A. Siegman, G. Nemes, and J. Serna, “How to (Maybe) Measure Laser Beam Quality”, OSA TOPS 17, 184 (1998).

    [20] Y. Wang, M. Saffman, “Experimental Study of Nonlinear Focusing in a Magneto-optical Trap Using a Z-scan Technique”, Phys. Rev. A 70, 013801 (2004).

    [21] C. F. McCormick, D. R. Solli, R. Y. Chiao, and J. M. Hickmann, “Saturable nonlinear refraction in hot atomic vapor”, Phys. Rev. A 69, 023804 (2004).

    [22] 陳英昱, “銫原子6S-8S雙光子躍遷中的電磁誘發透明”, 國立成功大學物理學系碩士論文 (2008).

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:立即公開
    QR CODE