探知銣原子420nm精細能級結構的一種方法

徐子嫻　凌　俐　徐元瑋　蔡建輝　唐　凌（浙江大學城市學院，信息與電氣工程學院，浙江 杭州 310015）

探知銣原子420nm精細能級結構的一種方法

徐子嫻凌俐徐元瑋蔡建輝唐凌
（浙江大學城市學院，信息與電氣工程學院，浙江 杭州 310015）

本文通過研究針對V型能級結構的原子中弱振子強度躍遷譜線，提供一種速度轉(zhuǎn)移激光光譜測量其精細能級結構的方法。利用高激發(fā)態(tài)不同原子能級躍遷產(chǎn)生譜線通過不同速度原子，轉(zhuǎn)移到原子中低激發(fā)態(tài)躍遷線頻率對應探測激光掃頻記錄的譜數(shù)據(jù)上。測量的速度轉(zhuǎn)移譜具有亞多普勒的特征，而且是無交叉峰，又可以同時測量兩個不同頻率能級的光譜，這是傳統(tǒng)飽和吸收譜做不到的。

V型能級；激光光譜；精細能級結構

1 引言

激光光譜學是自激光技術出現(xiàn)以來，在經(jīng)典光譜學基礎上發(fā)展起來的一門新興科學技術。它是以激光為光源的光譜技術。與普通光源相比，激光光源具有單色性好、亮度高、方向性強和相干性強等特點，是用來研究光與物質(zhì)的相互作用，從而辨認物質(zhì)及其所在體系的結構、組成、狀態(tài)及其變化的理想光源。激光的出現(xiàn)使原有的光譜技術在靈敏度和分辨率方面得到很大的改善。由于已能獲得強度極高、脈沖寬度極窄的激光，對多光子過程、非線性光化學過程以及分子被激發(fā)后的弛豫過程的觀察成為可能，并分別發(fā)展成為新的光譜技術。特別是可調(diào)諧激光器的出現(xiàn)和發(fā)展，使光譜學研究的深度和廣度發(fā)生了革命性的變化，光譜分析的極限探測靈敏度、光譜分辨率、時間分辨率、空間分辨率都提高了好幾個數(shù)量級。激光光譜學已廣泛應用于物理學、化學、醫(yī)藥學、大氣研究、測量學、光學通訊網(wǎng)絡及材料科學等研究領域。

在這些新的光譜技術中，出現(xiàn)一種速度調(diào)制光譜學，通過收集激光與物質(zhì)原子相互作用后的相關能級速度選擇光譜信號，分析原子內(nèi)部精細能級結構。基于這種技術，可以通過原子已知精細能級結構測量未知能級精細結構，也可以通過已知強振子能級信息探測未知弱振子能級精細結構，它極大地增進了我們對微觀尺度上光與物質(zhì)相互作用下探測未知原子能級精細結構分布狀況的了解。

圖1 實驗裝置圖

2 研究方法

目前的激光光譜和激光穩(wěn)頻技術領域，常用原子飽和吸收激光光譜、原子偏振極化譜、塞曼外磁場調(diào)制譜等技術和實現(xiàn)方法進行原子能級結構的高精密測量、激光穩(wěn)頻等應用。

對于V型能級結構的原子，一般都是利用多普勒譜或飽和吸收譜來實現(xiàn)譜的測量，這樣的技術對于振子強度很低的能級信號非常微弱，直接測量的信噪比往往較低。從已有文獻資料上，對三能級系統(tǒng)，有光光雙共振和雙共振光泵浦方法。本文利用原子高激發(fā)態(tài)不同原子能級躍遷產(chǎn)生譜線通過不同速度原子，轉(zhuǎn)移到原子中低激發(fā)態(tài)躍遷線頻率對應探測激光掃頻記錄的譜數(shù)據(jù)上。這種新型的原子速度轉(zhuǎn)移激光光譜，不僅具有亞多普勒的特征，而且是無交叉峰，又可以同時測量兩個不同頻率能級的光譜，這是傳統(tǒng)飽和吸收譜做不到的。所涉及的V型能級結構原子速度轉(zhuǎn)移激光光譜測量的實現(xiàn)方法，今后可應用于多波長激光穩(wěn)頻等。

3 討論

1-780nm激光器，2-二色鏡①，3-銣原子蒸汽泡①（87Rb），4-二色鏡②，5-420nm激光器，6-光電探測器①，7-全反射鏡，8-自然銣原子蒸汽泡②（85Rb 和87Rb），9-光電探測器②。后被光電探測器接收，接收到的吸收譜用作頻率標定；另一束作為探測光經(jīng)二色鏡2透射，經(jīng)過87Rb氣室時，與反向射來的420nm泵浦激光共同與87Rb原子相互作用，穿過二色鏡4，被光電探測器6接收。

利用高激發(fā)態(tài)不同原子能級躍遷產(chǎn)生譜線通過不同速度原子，轉(zhuǎn)移到原子中低激發(fā)態(tài)躍遷線頻率對應探測激光掃頻記錄的譜數(shù)據(jù)上。測量的速度轉(zhuǎn)移譜具有亞多普勒的特征，而且是無交叉峰，又可以同時測量兩個不同頻率能級的光譜，這些是傳統(tǒng)飽和吸收譜做不到的。

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