铯蒸气中产生的扩散带

王贵平

（长治学院 物理信息与电子工程学院，山西 长治 046011）

王贵平

（长治学院 物理信息与电子工程学院，山西 长治 046011）

分析了在采用高分辨的多通道光谱仪AvaSpec-2048FT对铯分子蒸汽吸收光谱进行测量时观测到了奇特的扩散带吸收谱线，中心在706.6 nm、713.2 nm和719.0 nm，对应铯分子g，2g）三重态的跃迁，并对扩散带吸收系数随温度的变化进行了讨论。

扩散带；铯分子；吸收谱

1 引言

在碱金属分子吸收光谱测量实验中，利用热管炉对放在玻璃泡中的碱金属加热,在临界温度液态的碱金属全部蒸发，包含原子和分子的混合金属蒸汽同时存在于玻璃泡中，随着温度的升高碱金属分子密度随会增加，最终形成高密度的碱金属分子蒸汽。这种高密度的分子蒸汽对于研究分子连续吸收光谱（包含由分子自由态到束缚态跃迁产生的扩散带）所有特性提供了可能。扩散带光谱谱线宽度宽（约几百个），有明显的主峰，在短波长范围内有小的起伏，基于扩散带的特点人们研究扩散带主要有两个原因，一是探究扩散带的产生原因，二是基于扩散带宽的辐射线型对于可调谐激光器的研究[1]。在1978年Gupta小组[2]在仔细研究了Rb和Cs吸收光谱中的扩散带，发现扩散带的吸收峰依赖于原子密度与温度无关，1983年Pichler等人[3]在Li2，K2，Na2基础研究中报导了扩散带吸收谱，接着他们在1984年[4]对Li2吸收测量中的扩散带进行了理论解释，扩散吸收带是由于分子自由态到束缚态跃迁产生的。在碱金属分子和原子混合蒸汽发射实验中同样观测到了扩散带，在激光诱导下原子跃迁至激发态，通过能量积聚效应及原子-分子碰撞能量转移过程使分子在激发态获得布居从而产生扩散带受激辐射[5]。

对于铯分子，早在1928年Walter和Barratt等人[6]在K，Rb，Cs吸收测量实验时首次观察到了铯分子的扩散带，本文在对铯蒸汽分子吸收光谱进行测量过程中，观测到了铯分子扩散带并得到了它们的谱线对应的波长位置，并对扩散带随温度的变化进行了讨论。

2 实验装置

图1所示为铯分子吸收测量的实验装置。实验中采用封闭的热管炉对充有纯铯碱金属的玻璃泡（长度5cm）进行加热，铯的温度通过放置在铯泡表面的热电偶进行测量。在弧光放电中，电子与气体发生弹性碰撞损失的能量同气体的原子量成反比，氙原子序数较大，弧光放电时损失率较小，发光效率高，所以选择大功率的氙灯作为非相干光源，在实验中使用成都纳普光电有限公司生产的风冷高压短弧氙灯，功率为500W。氙灯发射光的波长最低能够达到250 nm左右，但主要集中在400-800 nm，并且在450-500 nm之间能够看到明显的若干条分立谱线。氙灯发出的光利用透镜组聚焦为直经0.5cm的光斑并通过样品池，在样品池后用透镜聚焦导入光纤系统进入谱仪里由光栅进行衍射，实验中采用由荷兰Avantes公司生产的，型号为AvaSpec-2048FT的谱仪，它有一个主通道，两个从通道，这些通道测量的波长范围分别是227-393nm，367-672nm和635-816 nm，光谱仪的分辨率为0.02 nm。由于氙灯发射光的波长主要集中在400-800 nm，因此在实验中同时使用了谱仪的三个通道。最后将谱仪输出的信号通过计算机存储并利用oringin软件进行相关分析处理。

图1 铯分子吸收测量的实验装置Figure1.The experimental apparatus for Cs2 absorptionmeasurements

3 实验结果及分析

设置多色光谱仪的背景信号和参考信号，缓慢加热样品，当温度超过600K时观察到了Cs2的扩散带吸收信号。图2是温度从615 K增加到675 K，从谱仪中获得的575 nm-750 nm波长范围内Cs2吸收谱线。在620 nm-685 nm光谱区域内是X→C的分子吸收带；684.9 nm和689.5 nm处出现的双峰，对应6s→5d的原子禁戒跃迁吸收线；中心在706.6 nm、713.2nm和719.0 nm处的吸收带是Cs2扩散带，分别对应三重态的跃迁[7]。

从Cs2的吸收谱线中我们可以看到Cs2扩散带的形状与结构不同于Li2，K2，Na2分子扩散带，而是具有与Rb2相同的三重态形状与结构。将吸收系数作k/n2（n为分子密度）处理，如图3所示为扩散带在温度615 K-675 K所对应的处理后的吸收系数，起伏在实验误差范围内，该结果表明铯蒸气扩散带吸收系数峰值与温度无关，与Rb2扩散带遵循相同的规律。这一结果非常重要，暗示出铯蒸气中形成扩散带的态是三重态。

图2 在605nm－745nm波长范围内获得的Cs2吸收光谱Figure2.Absorption spectrum of Cs2 molecules，the spectrum region is 605nm－745nm

图3 铯分子扩散带Figure3.The reduced absorption coefficientof the Cs2 diffuse band

由于三重态基态的势能很小，所以扩散带吸收系数峰值与温度无关，基态原子的光缔合是形成此吸收带的主要机制[8]。因此中心在706.6nm、713.2nm和719.0nm处的扩散吸收带对应三重态的跃迁，可以作为我们研究超冷铯分子吸收谱的研究对象。在实验中我们采用光缔合的方法产生超冷铯分子。早在1987年，Thorshein等人提出有效的产生超冷分子的途径是利用一对基态的超冷原子吸收一个光子形成一个激发态的分子，这个过程就叫做光缔合过程[9]。

4 结论

文章通过对高温下铯碱金属蒸汽吸收进行测量，获得了605 nm-745 nm波长范围内铯分子电子态跃迁的吸收光谱，观测到了奇特的扩散带吸收谱线，获取了对应的波长，并且观察得到扩散带吸收强度不依赖于温度，因此中心在706.6 nm、713.2 nm和719.0 nm处的扩散吸收带对应三重态的跃迁，可以作为我们研究超冷铯分子吸收谱的研究对象。下一步将利用该实验提供的数据进行光缔合形成超冷铯分子实验。

［1］G.Pichler， S.Milosˇevic′ ，D.Vezˇa， R.Beuc.Diffuse bands in the visible absorption spectra of dense alkali vapours［J］.J.Phys.B-At.Mol.Phys.1983，（16）：4619-4631.

［2］R.Gupta，W.Happer，J.Wagner，E.Wennmyr.J.Chem.Phys.1978，（68）：799.

［3］G.Pichler,S.Miloševic，D.Veža and S.Bosanac，.Peculiar diffuse bands in Li2，K2，Na2spectra.Spectral Line Shapes （Walter de Gruy.）.1983，（2）：613-624.

［4］G.Pichler，S.Miloševic，D.Veža，and D.D.Konowalow，Observation and interpretation of Li2diffuse band in the region of 420nm ［J］.Chem.Phys.Lett.1984，（103）：352-356.

［5］肖连团，李昌勇等.钾蒸汽中由能量积聚效应产生的分子扩散带受激辐射［J］.中国激光.1999，（10）：927-930.

［6］J.M.Walter ，S.Barratt，The Existence of Intermetallic Compounds in the Vapour State［J］.The Spectra of the Alkali Metals,and of their Alloys with Each Other.Proceedings of the Royal Society of London.Series A，1928，119（782）：257-275.

［7］T.Ban，H.Skenderovic′，S.Ter-Avetisyan，G.Pichler.Absorption measurements in dense cesium vapor using a UV-violet light-emitting diode［J］.Appl.Phys.B.2001，72（3）：337-341.

［8］S.Vdovic'，D.Sarkisyan ，G.Pichler.Absorption spectrum of rubidium and cesium dimers by compact computer operated spectrometer ［J］.Opt.Commun.2006，（268）：58-63.

［9］H.R.Thershem，J.Wener，P.S.Julienne.Laser-induced Phoyoassociation of Ultracold Sodium Atoms［J］.phys.Rev.Lett，1987，（58）：2420.

Wang Gui-ping
（Department of Electronic Information and Physics ChangzhiUniversity，Changzhi Shanxi 046011）

We performed Cs2absorption measurements using a high-resolution AvaSpec Multi-channel AvaSpec-2048FTmeasured Cs2electronic transition absorption spectrum.The peculiar diffuse bandswere observed，corresponding the wavelengths are 706.6nm、713.2nm and 719.0nm， and diffusion absorption coefficient changing with temperature are discussed.

Diffuse bands；Cs；absorption spectrum

O56

A

1673-2014（2012）02-0037-03

2012—03—08

王贵平（1982— ），女，山西长治人，助教，硕士，主要从事原子和分子物理工作研究。

（责任编辑 郝瑞宇）