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探知銣原子420nm精細(xì)能級(jí)結(jié)構(gòu)的一種方法

徐子?jì)沽枥煸|蔡建輝唐凌
（浙江大學(xué)城市學(xué)院，信息與電氣工程學(xué)院，浙江 杭州 310015）

本文通過(guò)研究針對(duì)V型能級(jí)結(jié)構(gòu)的原子中弱振子強(qiáng)度躍遷譜線，提供一種速度轉(zhuǎn)移激光光譜測(cè)量其精細(xì)能級(jí)結(jié)構(gòu)的方法。利用高激發(fā)態(tài)不同原子能級(jí)躍遷產(chǎn)生譜線通過(guò)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(duì)應(yīng)探測(cè)激光掃頻記錄的譜數(shù)據(jù)上。測(cè)量的速度轉(zhuǎn)移譜具有亞多普勒的特征，而且是無(wú)交叉峰，又可以同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)不同頻率能級(jí)的光譜，這是傳統(tǒng)飽和吸收譜做不到的。

V型能級(jí)；激光光譜；精細(xì)能級(jí)結(jié)構(gòu)

1 引言

激光光譜學(xué)是自激光技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，在經(jīng)典光譜學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興科學(xué)技術(shù)。它是以激光為光源的光譜技術(shù)。與普通光源相比，激光光源具有單色性好、亮度高、方向性強(qiáng)和相干性強(qiáng)等特點(diǎn)，是用來(lái)研究光與物質(zhì)的相互作用，從而辨認(rèn)物質(zhì)及其所在體系的結(jié)構(gòu)、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(shù)在靈敏度和分辨率方面得到很大的改善。由于已能獲得強(qiáng)度極高、脈沖寬度極窄的激光，對(duì)多光子過(guò)程、非線性光化學(xué)過(guò)程以及分子被激發(fā)后的弛豫過(guò)程的觀察成為可能，并分別發(fā)展成為新的光譜技術(shù)。特別是可調(diào)諧激光器的出現(xiàn)和發(fā)展，使光譜學(xué)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(cè)靈敏度、光譜分辨率、時(shí)間分辨率、空間分辨率都提高了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。激光光譜學(xué)已廣泛應(yīng)用于物理學(xué)、化學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、大氣研究、測(cè)量學(xué)、光學(xué)通訊網(wǎng)絡(luò)及材料科學(xué)等研究領(lǐng)域。

在這些新的光譜技術(shù)中，出現(xiàn)一種速度調(diào)制光譜學(xué)，通過(guò)收集激光與物質(zhì)原子相互作用后的相關(guān)能級(jí)速度選擇光譜信號(hào)，分析原子內(nèi)部精細(xì)能級(jí)結(jié)構(gòu)?；谶@種技術(shù)，可以通過(guò)原子已知精細(xì)能級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)量未知能級(jí)精細(xì)結(jié)構(gòu)，也可以通過(guò)已知強(qiáng)振子能級(jí)信息探測(cè)未知弱振子能級(jí)精細(xì)結(jié)構(gòu)，它極大地增進(jìn)了我們對(duì)微觀尺度上光與物質(zhì)相互作用下探測(cè)未知原子能級(jí)精細(xì)結(jié)構(gòu)分布狀況的了解。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖

2 研究方法

目前的激光光譜和激光穩(wěn)頻技術(shù)領(lǐng)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(chǎng)調(diào)制譜等技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行原子能級(jí)結(jié)構(gòu)的高精密測(cè)量、激光穩(wěn)頻等應(yīng)用。

對(duì)于V型能級(jí)結(jié)構(gòu)的原子，一般都是利用多普勒譜或飽和吸收譜來(lái)實(shí)現(xiàn)譜的測(cè)量，這樣的技術(shù)對(duì)于振子強(qiáng)度很低的能級(jí)信號(hào)非常微弱，直接測(cè)量的信噪比往往較低。從已有文獻(xiàn)資料上，對(duì)三能級(jí)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(jí)躍遷產(chǎn)生譜線通過(guò)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(duì)應(yīng)探測(cè)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(wú)交叉峰，又可以同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)不同頻率能級(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)原子速度轉(zhuǎn)移激光光譜測(cè)量的實(shí)現(xiàn)方法，今后可應(yīng)用于多波長(zhǎng)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(cè)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(cè)器②。后被光電探測(cè)器接收，接收到的吸收譜用作頻率標(biāo)定；另一束作為探測(cè)光經(jīng)二色鏡2透射，經(jīng)過(guò)87Rb氣室時(shí)，與反向射來(lái)的420nm泵浦激光共同與87Rb原子相互作用，穿過(guò)二色鏡4，被光電探測(cè)器6接收。

利用高激發(fā)態(tài)不同原子能級(jí)躍遷產(chǎn)生譜線通過(guò)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(duì)應(yīng)探測(cè)激光掃頻記錄的譜數(shù)據(jù)上。測(cè)量的速度轉(zhuǎn)移譜具有亞多普勒的特征，而且是無(wú)交叉峰，又可以同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)不同頻率能級(jí)的光譜，這些是傳統(tǒng)飽和吸收譜做不到的。

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