제어 가능한 대형 포지티브 및 네거티브 Goos

Oct 15, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3789(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

우리는 두 개의 유리판으로 둘러싸인 이중 \(\Lambda\) 원자 매질을 포함하는 공동에서 반사된 광선의 Goos-Hänchen 이동(GHS)을 연구합니다. 응집성 및 비간섭성 장을 모두 원자 매질에 적용하면 GHS의 양성 및 음성 제어 가능성이 발생합니다. 시스템 매개변수의 일부 특정 값에 대해 GHS의 진폭은 입사 광선의 파장의 \(\sim 10^{3}\)배 순서로 커집니다. 이러한 큰 이동은 원자 매질의 광범위한 매개변수와 함께 하나 이상의 입사각에서 발견됩니다.

Goos-Hänchen Shift(GHS)는 입사 매체보다 굴절률이 작은 매체에 광선이 입사할 때 발생하는 현상입니다. 임계각보다 큰 입사각의 경우, 입사 빔은 두 번째 매질1,2,3,4,5,6 내부에서 일정 거리 동안 관통한 후 첫 번째(입사) 매질로 다시 반사됩니다. 여기서 반사된 빔은 측면으로 입사빔이 두 번째 매질에 들어가는 지점에서 경계면으로 이동했습니다. 이 측면 변위는 1947년 Goos와 Hänchen7,8의 실험적 시연 이후 Goos-Hänchen 이동이라고 명명되었습니다. Artmann9이 개발한 고정상 방법과 같은 GHS를 계산하기 위한 몇 가지 이론적 제안이 제안되었습니다. Renard는 GHS10을 이론적으로 계산하기 위해 에너지 보존 개념에 기초한 또 다른 방법을 도입했습니다.

GHS를 측정하고 제어하기 위해 다양한 재료를 사용한 많은 구조와 설계가 제안되었습니다. 예를 들어 흡수율이 낮은 매체11,12,13 및 엡실론이 거의 0에 가까운 슬래브14,15에서 GHS를 연구합니다. 또한 결함이 있는 광결정과 정상적인 광결정의 배열이 다릅니다. GHS 조사의 추가 예에는 서로 다른 인공 매체의 두 층을 사용하는 것이 포함되며 콜로이드 자성유체를 포함하는 공동과 그래핀 층이 모두 보고됩니다. 최근에는 입사광 파장의 4배에 달하는 진폭을 갖는 GHS가 주기적인 격자층을 포함하는 구조에서 얻어집니다. 이전의 모든 예 외에도 GHS는 1차원 광결정 슬래브에서 투과된 빔에 대해 실험적으로 관찰되었습니다.

한편, 이러한 매질의 광학적 특성이 응집성 장과 같은 일부 외부 매개변수에 의해 수정될 수 있는 다양한 원자 매질이 제안되었으며 다양한 목적으로 적용되었습니다. GHS34,35,36,37,38를 조작하고 제어하기 위해 이러한 원자 매체를 사용하는 것이 제안되었습니다. In34에서는 GHS를 일관되게 제어하기 위해 3층 캐비티에 구동 2단계 시스템이 사용됩니다. 37,39에서는 GHS가 동일한 공동 구조를 사용하고 \(\Lambda\) 원자 체계를 포함하여 연구되었으며 양 및 음의 측면 이동이 보고되었습니다. 또한 이중\(\Lambda\) 원자 시스템43,44을 포함한 다양한 4단계 원자 구조40,41,42가 다양한 기술과 함께 연구됩니다.

이 보고서에서 우리는 두 개의 탐침 상호작용을 갖는 이중\(\Lambda\) 원자 시스템을 사용하여 \(10^3 \lambda\) 순서로 큰 GHS를 생성할 수 있음을 보여줍니다. 이중-\(\Lambda\) 방식은 제한된 흡수를 갖는 \(\Lambda\) 원자 방식보다 제어 가능한 분산 특성이 상대적으로 더 큽니다. 이러한 뛰어난 제어 가능성으로 인해 이중\(\Lambda\) 방식은 매우 큰 GHS를 생성하는 탁월한 후보가 됩니다. 따라서 우리는 중간층이 이중\(\Lambda\) 원자로 채워져 있는 세 개의 층을 포함하는 공동에서 GHS에 대한 다양한 매개변수의 영향을 연구합니다.

우리는 비자성 물질의 3개 층으로 구성된 공동에 각도 \(\theta\)로 진공에서 입사되는 주파수 \(\omega _{p}\)를 갖는 TE 편광 광장을 고려합니다. 첫 번째와 마지막 레이어는 동일하며 두께 \(d_1\)를 갖는 반면, 중간 레이어는 그림 1a와 같이 두께 \(d_2\)를 갖습니다. 가장자리 및 공동 내 층의 전기 유전율은 각각 \(\epsilon _1\) 및 \(\epsilon _2\)입니다. 이중\(\Lambda\) 원자 매체는 두 번째 층에 배치됩니다. 그림 1b에 표시된 원자 시스템은 4가지 수준(\(|a\rangle\), \(|b\rangle\), \(|c\rangle\) 및 \(|d\rangle\))을 갖습니다. 여기서 전환 \(|a\rangle\) \(\leftrightarrow\) \(|d\rangle\) 및 \(|b\rangle\) \(\leftrightarrow\) \(|d\rangle\)이 결합됩니다. 각각 Rabi 주파수 \(\Omega _p^-\) 및 \(\Omega _p^+\)를 갖는 두 개의 프로브 필드로 계산됩니다. 두 개의 강력한 일관성 필드가 전환 \(|a\rangle\) \(\leftrightarrow\) \(|c\rangle\) 및 \(|b\rangle\) \(\leftrightarrow\) \(|c\를 주도합니다. rangle\)은 각각 Rabi 주파수 \(\Omega _\mu ^-\) 및 \(\Omega _\mu ^+\)입니다. 또한 시스템은 상태 \(|d\rangle\)에서 \(|a \rangle\) 및 \(|b \rangle\)까지 두 개의 비일관성 필드에 의해 동일한 속도 r로 펌핑됩니다. 이중\(\Lambda\) 시스템은 예를 들어 루비듐과 나트륨에 존재합니다46,47. \(|a\rangle\) 및 \(|b\rangle\) 상태가 초미세 수준에 해당하는 \({}^{85}\)Rb에서 D\(_{2}\) 전이를 선택합니다. 각각 \(F=4, m_{F} = 0\) 및 \(F=3, m_{F} = 0\)입니다. 더 낮은 레벨 \(|c \rangle\) 및 \(|d \rangle\)은 자기 하위 레벨 \(m_{F} = +1\) 및 \(m_가 있는 초미세 레벨 \(F=3\)에 해당합니다. {F} = -1\)입니다. 따라서 오른쪽 및 왼쪽 원형 편파 필드(\(\sigma ^{\pm }\))가 프로브 필드와 구동 필드 모두에 사용됩니다. 모든 다른 필드는 전체 캐비티를 통해 균일한 것으로 가정됩니다.