냉각된 87Rb 원자 매질에서 외부자기장과 레이저 결맞음에 따른 λ형 전자기 유도 투과 신호 특성 = The characteristics of λ type electromagnetically induced transparency depending on external magnetic field and laser coherence in cold 87Rb atoms

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 냉각된 87Rb 원자 매질에서 외부 자기장의 유무와 레이저 결맞음에 따라 λ형 전자기 유도 투과 신호를 측정하고 특징을 분석하였다.
광자기 포획, 압축 포획, 편광 광 기울기 냉각 과정을 실시하여 만들어진 87Rb 원자의 평균 온도는 도플러 한계 이하인 36±1µK이다. 냉각된 원자의 포획에 사용된 외부자기장을 제거하고, 2대의 펄스 레이저를 이용하여 전자기 유도 투과 신호를 관측하였다. 증기 셀에서의 투과 신호와 달리 광 펌핑 효과가 나타나지 않았으며, 결합광의 세기에 따라 효율이 크게 변하지 않았다. 또한 포획 자기장이 존재하여 섭동된 원자 매질에서의 전자기 유도 투과 신호 보다 3배 이상의 효율을 보였다. 이는 3준위 원자계 모델에서 포획에 사용된 자기장이 결합광의 편이를 주는 요인이 되므로 전자기 유도 투과 효율을 줄인다는 계산 결과와도 일치한다. 따라서 외부자기장이 제거된 냉각 원자가 결맞음 상호작용에 의한 비선형 효과를 증가시키는 결정적인 요인이 될 수 있음을 확인할 수 있었다.
전자기 유도 투과 신호 측정을 위한 2대의 레이저들 간의 위상 결맞음을 증가시키기 위하여 광 주입 잠금법을 실시하였다. 전기 광 변조기를 이용하여 87Rb 원자의 두 바닥 준위(5S1/2)에서 6.8GHz의 주파수 편이 값을 가지고 발진하는 조사광과 결합광을 제작하였고, Fabry-Perot 간섭계를 이용하여 발진 모드를 점검하였다. 독립된 2대의 레이저를 사용했을 때와 위상 잠금된 2대의 레이저를 사용했을 때 측정한 전자기 유도 투과 신호를 비교한 결과, 결합광의 결맞음성이 조사광의 투과율을 증가시키는 데 큰 영향을 보이지 않았다. 이는 최근에 발표된 2중 람다 구도에서 얻은 결과와 일치하는 결과이다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 이론적 배경 4
• 1. 전자기 유도 투과의 원리 4
• 가. 원자 결맞음성에 의한 전자기 유도 투과 5
• 나. 조사광의 상쇄간섭에 의한 전자기 유도 투과 8
• 다. 3준위 원자계에서 밀도 행렬식 8
• 라. 냉각된 원자에서 전자기 유도 투과 흡수율과 굴절률 계산 10
• 2. 광자기 포획과 저온 매질 구성 12
• 가. 광자기 포획 12
• 나. 편광 광 기울기 냉각법(PGC) 15
• 다. 비행시간 측정을 통한 원자의 온도 측정 16
• 라. 광 주입 잠금 19
• Ⅲ. 실험장치 20
• 1. 위상 결맞음 된 광원 제작 21
• 가. 광 주입 잠금을 위한 레이저 시스템 21
• 나. 광 주입 잠금 레이저의 모드 분석 27
• 2. 87Rb 원자의 광자기 포획과 저온 매질 구현 37
• 가. 87Rb 원자의 광자기 포획을 위한 레이저 시스템 37
• 나. 6광 광자기 포획을 위한 레이저 정렬 42
• 다. 원자의 온도 측정을 위한 흡수 이미지 촬영 45
• 라. 압축 포획 및 편광 광 기울기 냉각을 이용한 저온 원자 매질 구현 48
• 마. 인터페이스 제어 49
• Ⅳ. 실험 결과 55
• 1. 냉각된 원자 매질의 생성과 온도 측정 55
• 2. 포획된 원자에서 모델링을 통한 전자기 유도 투과 계산 57
• 3. 조건에 따른 λ형 전자기 유도 투과 신호 64
• 가. 냉각된 87Rb 원자 매질에서 전자기 유도 투과 신호 64
• 나. 외부 자기장 유무에 따른 전자기 유도 투과 신호 65
• 다. 광 주입 잠금 여부에 따른 전자기 유도 투과 신호 68
• Ⅴ. 결론 71
• 참고문헌 73
• ABSTRACT 76