本論文是熱銣原子biphoton單光子源的前期基礎實驗。由於熱原子運動產生的都卜勒效應(Doppler effect)會使光場有額外的吸收損耗，這一點對於光子級別的實驗來說可能會是致命性，導致實驗徹底失敗。因此，研究熱原子中的電磁波引發透明效應(Electromagnetically Induced Transparency，簡稱EIT)並達到足夠高的透明度是非常必要的。本論文採用的EIT模型為Λ-type，為了得到與理論模型最接近的光與原子交互作用的機制，必須將Population集中在某單一的塞曼能階(Zeeman state)。如何利用光抽運(optical pumping)將Population集中在 |5S1/2F=2，m=2>是本論文的研究主要內容，我們藉由補償地磁減少拉莫爾進動(Larmor precession)和利用高頻正弦波調變幫浦場(Pump field)使高速度群原子的幫浦效果變好，讓Population集中在|5S1/2F=2，m=2>，最後我們得到最佳的EIT光譜，其穿透率達到76%。

The main work of this thesis is one of the bases for a biphoton single-photon source experiment in hot rubidium atoms. Due to Doppler effect, the thermal atomic motion causes additionally-absorbed loss for the light field, which may be fatal for a photon-level experiment and lead to a complete failure in experiment. Therefore, it is necessary to improve the Electromagnetic Induced Transparency (EIT) performance to achieve a sufficiently high degree of transparency.
In this thesis, a Λ-type model is used to demonstrate EIT and population must be concentrated in one single Zeeman state in order to get the closest interaction between light and atoms with theoretical model. The main contents of this thesis is using optical pumping to make the population concentrated in the |5S1/2F=2，m=2>. We improve the pumping effect for high-speed atoms, via compensating geomagnetic field to reduce Larmor precession and using a high-frequency sine-wave modulated pump field to make the population could be concentrated in the |5S1/2F=2，m=2>. Finally, we observe the optimal EIT spectrum with 76% transmission.

誌謝 I
摘要 II
Abstract III
目錄 IV
中英對照 VII
能階符號與縮寫 IX
第一章 電磁波引發透明效應和實驗架構 1
第二章 光抽運研究 5
第一節 銣原子的基態精細結構抽運研究 5
2-1-1 |5S1/2，F=1>光抽運情況 6
2-1-2 |5S1/2，F=2>光抽運情況 7
2-1-3 分析與討論 9
第二節 光抽運研究 10
2-2-1 正弦波調變795幫浦場線寬的光抽運研究 10
2-2-2 橫向磁場的光抽運研究 13
2-2-3 分析與討論 15
2-2-3-1 吸收變化的上升與下降時間 16
2-2-3-2 高頻雜訊調變780幫浦場的光抽運情況 18
第三節 最佳化光抽運-粗調磁場和調變幫浦場的高頻雜訊 22
2-3-1 粗調磁場，觀察探測光在|5S1/2，F=1>-|5P1/2，F'=2>的穿透率 23
2-3-2 粗調磁場，觀察探測光在|5S1/2，F=2>-|5P1/2，F'=2>的穿透率 27
2-3-3 粗調磁場的結果 29
2-3-4 高頻雜訊對於探測光穿透率的影響 29
第四節 最佳化光抽運-細調磁場和調變幫浦場的高頻雜訊 31
2-4-1 細調磁場，觀察探測光在|5S1/2，F=2>-|5P1/2，F'=2>的穿透率 31
2-4-2 細調磁場的結果 34
第五節795幫浦場的最佳光抽運 36
2-5-1 高頻雜訊對於探測光穿透率的影響以及光譜量測 36
2-5-2 分析與討論 38
第三章 電磁波引發透明光譜 40
第一節 吸收機制 40
第二節 各種參數對於EIT光譜的影響 43
3-2-1 幫浦場功率與EIT的關係 43
3-2-2 各種幫浦場對於EIT光譜的影響 44
3-2-2-1 單頻幫浦場與雙頻幫浦場的EIT光譜比較 45
3-2-2-2 高頻正弦波調變幫浦場的EIT光譜 46
3-2-2-3 雙正弦波(133MHz和3MHz)同時調變幫浦場的EIT光譜 47
3-2-2-4 雙正弦波(212MHz和55MHz)同時調變幫浦場的EIT光譜 49
3-2-2-5 分析與討論 50
3-2-3 橫向磁場對於EIT光譜的影響 51
3-2-4 耦合光光功率對於EIT光譜的影響 53
3-2-5 最佳化的EIT光譜 54
3-2-6 分析與討論 57
第三節 總結與未來展望 61
附錄一 各種將幫浦場線寬展寬的方法 62
1＊-1 高頻雜訊調變 62
1＊-2 高頻正弦波調變 63
1＊-2-1 30MHz正弦波調變 63
1＊-2-2 133MHz或212MHz正弦波調變 64
1＊-3 雙正弦波同時調變 66
1＊-3-1 133MHz和3MHz正弦波同時調變 66
1＊-3-2 212MHz和55MHz正弦波同時調變 68
附錄二 上升與下降時間-780雷射 70
參考資料 76

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