饱和吸收光谱

✍ dations ◷ 2025-08-03 05:35:04 #饱和吸收光谱

饱和吸收光谱是实验原子物理学中,可以精确确定原子在其基态和光激发态之间的跃迁频率而不受多普勒频移影响的一种技术。理想情况下,该方法可以将这些频率确定到自然线宽的精度,而自然线宽与激发态寿命成反比例关系。在不做处理的情况下,由于多普勒效应,大多数待分析的原子气体样品在室温下的谱线均会高度展宽。一般而言,为了消除上述多普勒效应的影响,需要将体系冷却到数mK的低温,而使用饱和吸收光谱法测定可以免去复杂的降温操作,同时获得未受多普勒展宽影响的光谱。在原子物理实验中,该法还用于将激光的频率锁定在原子跃迁的精确波长上。

饱和吸收光谱是一种经典的,但非一般性的泵浦探测方法。一束具有较高强度的激光穿过原子蒸气,该光称为泵浦光。在泵浦光的反方向,另一束频率相同的弱光束穿过原子蒸气,该光称为探测光。改变两束光的频率,并用光电二极管记录不同频率下探测光的吸收。

尽管两光束的频率相同,但由于原子的自然热运动,与两束光作用的原子不同。如果光束相对于原子跃迁频率是红失谐的,那么泵浦光将被朝光源方向运动的原子吸收,而探测光束将被速度相同但方向相反的原子吸收。如果光束频率蓝失谐,则情况相反。

但是,如果激光频率近似与原子跃迁频率共振,则两光束将与同一群原子发生作用,即速度矢量几乎垂直于激光传播方向的原子。在原子跃迁的双能态近似下,强的泵浦光将许多原子激发至激发态,直至基态和激发态的原子数近似相等,即对应的跃迁被饱和。此时,由于能够吸收探测光的原子跃迁已近似达到饱和,故探测光的吸收将会减弱。因此,随着激光扫频,在每个原子跃迁(通常是超精细共振)的频率处都会观察到吸收特征的小幅下降。泵浦光的强度越高,目标跃迁的饱和程度越大,探测光吸光度下降的幅度就越大。在理想条件下,谱图上凹陷的宽度可以接近该跃迁的自然线宽。

在具有两个以上能态的系统中使用上述方法的结果是存在交叉共振线。当单个多普勒线形内存在两个跃迁,且这两个跃迁共享同一个基态或激发态时,在两个跃迁的中间频率处会出现一个交叉峰。其形成的原理是:当激光频率处于两跃迁的中间频率时,一些以一定速度朝向泵浦光源运动的原子的频率较高的跃迁被饱和,而这些原子的频率较低的跃迁则恰好能够吸收反方向的探测光。由于这两个跃迁共享一个基态或激发态,因此泵浦光会导致处于这一共享能态中的原子数目发生变化,使探测光的吸收降低。同理,对于以相同速度背向泵浦光源运动的原子也有同样的使吸收降低的效应。这些交叉峰可能非常强,通常强于主要的饱和吸收峰。

由于泵浦光和探测光必须具有精确相同的频率,因此最方便的解决方案是使它们来自同一激光器。使激光器发出的光束射向中性密度滤光镜,穿过滤光镜的光作为泵浦光,而强度较低的反射光作为探测光。为了微调激光器的频率,可以使用带有能够控制腔波长的压电换能器的二极管激光器。为了消除光电二极管的噪声,可以采用激光多次扫频,而将光电二极管的多次读数取平均的方法。

在真实原子中,有时在样品的多普勒线形内会有两个以上的相关跃迁(例如在具有超精细相互作用的碱金属原子中)。此时,除了交叉共振之外,吸收特征中还将产生其他凹陷。

相关

  • 毫秒本页按时间长短从小到大列出一些例子,以帮助理解不同时间长度的概念,比较时间单位的数量级。1幺秒(yoctosecond)约是1.86×1019普朗克时间。1仄秒(zeptosecond)即1000幺秒。阿
  • 假体腔体腔(英语:body cavity),是由中胚层包裹的、内部充满液体的空间,分布在体壁和消化道之间。体腔是三胚层动物在胚胎早期发育,原肠形成之后,在内、外两胚层之间产生了中胚层,中胚层细
  • 突出部之役当安东尼·麦考利夫准将被德国的劝降激怒后,他的回应只用了一个字:“Nuts!”。(这个单字在北美俚语有许多不同的意思,包括“该死”、“狗屁”、“去你的”和“睾丸”,在这里这是用
  • 北京语言大学出版社北京语言大学出版社简称北语社,成立于1985年,为北京语言大学下属出版社,也是中国唯一从事对外汉语教材研究与出版的专业出版社。该社目前出版汉语教材1600多种。在版权输出方面
  • 郑人豪Kido(1982年6月16日-)本名郑人豪,出生于台湾,是台湾翼星经纪公司著名舞蹈团体K ONE成员。曾经获得无限杯Hip-hip舞蹈大赛冠军。仅显示个人音乐作品,团体作品请参考K ONE。
  • 膜宇宙学膜宇宙学(Brane cosmology)是一个物理学上超弦理论和M理论的的分支,专门研究宇宙膜,他们认为宇宙其实是镶在一些更高维度的膜。而它们研究那些更高维度的膜是怎们影响着我们的宇
  • 瓦列里·拉姆舒霍维奇·布甘巴瓦列里·拉姆舒霍维奇·布甘巴(俄语:Валерий Рамшухович Бганба,1953年8月26日-),前阿布哈兹人民议会发言人、代理总统。他在2012年4月当选为人民议会发言
  • 纪尧姆·佩皮纪尧姆·佩皮(Guillaume Pepy,1958年5月26日-),出生于法国巴黎近郊的塞纳河畔讷伊,是法国政府的高级官员,2008年2月27日到2019年10月31日间任法国国家铁路集团主席。他同时兼任法国
  • 诺哈尔诺哈尔(Nohar),是印度拉贾斯坦邦Hanumangarh县的一个城镇。总人口42302(2001年)。该地2001年总人口42302人,其中男性22288人,女性20014人;0—6岁人口6922人,其中男3498人,女3424人;识字
  • 2012年夏季奥林匹克运动会田径女子七项全能比赛2012年夏季奥林匹克运动会田径比赛的女子七项全能项目于2012年8月3日至8月4日在伦敦伦敦奥林匹克体育场举行。所有时间均为英国夏令时(UTC+1)风速:+0.7, −0.2, +2.0, +0.9, +1.3 m/s.风速:+0.8, +0.9, +0.3, +0.6, -0.3 m/s..mw-parser-output .legend{page-break-inside:avoid;break-inside:avoid-column}.mw-parser-output .legend-color{