探知铷原子420nm精细能级结构的一种方法

徐子娴　凌　俐　徐元玮　蔡建辉　唐　凌（浙江大学城市学院，信息与电气工程学院，浙江 杭州 310015）

探知铷原子420nm精细能级结构的一种方法

徐子娴凌俐徐元玮蔡建辉唐凌
（浙江大学城市学院，信息与电气工程学院，浙江 杭州 310015）

本文通过研究针对V型能级结构的原子中弱振子强度跃迁谱线，提供一种速度转移激光光谱测量其精细能级结构的方法。利用高激发态不同原子能级跃迁产生谱线通过不同速度原子，转移到原子中低激发态跃迁线频率对应探测激光扫频记录的谱数据上。测量的速度转移谱具有亚多普勒的特征，而且是无交叉峰，又可以同时测量两个不同频率能级的光谱，这是传统饱和吸收谱做不到的。

V型能级；激光光谱；精细能级结构

1 引言

激光光谱学是自激光技术出现以来，在经典光谱学基础上发展起来的一门新兴科学技术。它是以激光为光源的光谱技术。与普通光源相比，激光光源具有单色性好、亮度高、方向性强和相干性强等特点，是用来研究光与物质的相互作用，从而辨认物质及其所在体系的结构、组成、状态及其变化的理想光源。激光的出现使原有的光谱技术在灵敏度和分辨率方面得到很大的改善。由于已能获得强度极高、脉冲宽度极窄的激光，对多光子过程、非线性光化学过程以及分子被激发后的弛豫过程的观察成为可能，并分别发展成为新的光谱技术。特别是可调谐激光器的出现和发展，使光谱学研究的深度和广度发生了革命性的变化，光谱分析的极限探测灵敏度、光谱分辨率、时间分辨率、空间分辨率都提高了好几个数量级。激光光谱学已广泛应用于物理学、化学、医药学、大气研究、测量学、光学通讯网络及材料科学等研究领域。

在这些新的光谱技术中，出现一种速度调制光谱学，通过收集激光与物质原子相互作用后的相关能级速度选择光谱信号，分析原子内部精细能级结构。基于这种技术，可以通过原子已知精细能级结构测量未知能级精细结构，也可以通过已知强振子能级信息探测未知弱振子能级精细结构，它极大地增进了我们对微观尺度上光与物质相互作用下探测未知原子能级精细结构分布状况的了解。

图1 实验装置图

2 研究方法

目前的激光光谱和激光稳频技术领域，常用原子饱和吸收激光光谱、原子偏振极化谱、塞曼外磁场调制谱等技术和实现方法进行原子能级结构的高精密测量、激光稳频等应用。

对于V型能级结构的原子，一般都是利用多普勒谱或饱和吸收谱来实现谱的测量，这样的技术对于振子强度很低的能级信号非常微弱，直接测量的信噪比往往较低。从已有文献资料上，对三能级系统，有光光双共振和双共振光泵浦方法。本文利用原子高激发态不同原子能级跃迁产生谱线通过不同速度原子，转移到原子中低激发态跃迁线频率对应探测激光扫频记录的谱数据上。这种新型的原子速度转移激光光谱，不仅具有亚多普勒的特征，而且是无交叉峰，又可以同时测量两个不同频率能级的光谱，这是传统饱和吸收谱做不到的。所涉及的V型能级结构原子速度转移激光光谱测量的实现方法，今后可应用于多波长激光稳频等。

3 讨论

1-780nm激光器，2-二色镜①，3-铷原子蒸汽泡①（87Rb），4-二色镜②，5-420nm激光器，6-光电探测器①，7-全反射镜，8-自然铷原子蒸汽泡②（85Rb 和87Rb），9-光电探测器②。后被光电探测器接收，接收到的吸收谱用作频率标定；另一束作为探测光经二色镜2透射，经过87Rb气室时，与反向射来的420nm泵浦激光共同与87Rb原子相互作用，穿过二色镜4，被光电探测器6接收。

利用高激发态不同原子能级跃迁产生谱线通过不同速度原子，转移到原子中低激发态跃迁线频率对应探测激光扫频记录的谱数据上。测量的速度转移谱具有亚多普勒的特征，而且是无交叉峰，又可以同时测量两个不同频率能级的光谱，这些是传统饱和吸收谱做不到的。

[1]Ricci L,Weidemuller M,Esslinger T,Hemmerich A,Zimmermann C,Vuletic V,Konig W and Hansch T W 1995 Opt.Commun. 117,541.

[2]Letokov V and Chebotayev V 1977 Nonlinear Laser Spectroscopy（Berlin: Springer-Verlag）.

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