第十章 光学泵浦与双共振.ppt

自由讨论 1 什么是共振 什么是失谐 蓝失谐 红失谐 2 如何将原子泵浦到一个特定能级 3 如何将原子泵浦到特定的磁子能级 4 射频和微波的频率在那个范围 一般和哪些能级共振 5 探测原子信号的方法有哪些 第十章光学泵浦与双共振技术 光学泵浦与双共振光学射频双共振光学光学双共振 第10 1节光学泵浦与双共振 光学泵浦 用光学方法实现原子分子能级粒子数的选择性布居 其粒子数分布不同与热平衡状态的粒子数分布 增强跃迁信号 研究能级跃迁 双共振 光学泵浦后跟随不同的共振探测方案 泵浦和探测共用一个能级 光学 微波 MW 光学 射频 RF 光学 光学 热平衡 非热平衡 光学泵浦的作用 1 增加或减少特定能级的粒子数2 利用偏振泵浦光增加或者清除特定磁子能级上的布局数 3 相干激发多个原子分子态 在这些能态上产生特定的相位关系 1 增加或减少特定能级的粒子数 特定的激发态粒子数增加 可以出射特定的简单的荧光 研究分子原子能态参数 特定的激发态粒子数增加 研究从此能级向更高能级的跃迁 激光线宽 能级间隔 多个能级得到布局 Dopplerwidth 两个能级都得到粒子数分布 单模激光 2 偏振光学泵浦与分子的Orientation Alignment Orientation 取向 特定M能级被布居 因而J有特定的取向 Alignment 准直 相同M的能级 M M 的布居相同 而不同的M布居不同 E x B x B z 取向 M 1 当激光关闭 粒子数驰豫到基态M 0 取向 基态M 1 M 2 在磁场囚禁中 只能囚禁一定的自旋态 光泵 mF 2 1 0 1 2 磁场较小时 磁场囚禁态 1 0 1 选择 1 2 0 1 2 2 1 0 1 2 Rb87 10 2节光学射频双共振 优点 1 射频进行光泵 光吸收或者荧光探测 探测效率高 灵敏度高 2 射频线宽窄 Hz Doppler增宽少 光谱分辨率高 通常情况下 射频Doppler线宽比碰撞和饱和线宽小 如果忽略碰撞和饱和线宽 则线宽取决与自然线宽 对于分子束 则增加渡越线宽 自然线宽 光学射频双共振实验装置 rf跃迁 吸收 Zeeman分裂 荧光 荧光谱 RF探测超冷分子形成 PRA 78 013416 2008 Jin Molecularstate free free molecule free 161kHz Rb87 K40 rf频率 RF的饱和和Ramansplitting RF的Raman频率 分子束中的光学射频双共振谱 rf共振 光学 rf共振 射频谱 A B磁场方向相反 A点分子向上 B点分子向下 由于in和ij磁矩不同 B点偏转不同 缺点 1 需要两分子态磁矩相差大2 探测器D处 粒子探测效率低 一般采用电离后探测技术 光学射频共振谱 激光 射频 A B磁场由两激光束代替 A处激光清除in态粒子数 C处rf诱导跃迁获得in粒子数 然后经过B处激光激发获得荧光 光学射频双共振优点 1 不受分子磁矩影响 可以适用所有分子2 由于A处光泵效应 in粒子数小 in和ij态间的粒子数差大 射频吸收大 3 荧光探测比离子探测效率高 4 只有处在in态的粒子数才能产生荧光 但是在射频谱中 其他态的分子也可能被探测 光学微波双共振 OpticalmicrowavedoubleresonanceOMDR 室温 微波 粒子数比 微波吸收 相对于光 微波吸收小 光学微波双共振优点 1 由于光泵效应 粒子数差大2 单态上粒子数的光泵 可以得到简单易分析的微波谱3 微波吸收小 所有探测效率低 光泵效率高 并且荧光探测效率高 介质长度 原子密度 输入功率 10 3光学 光学双共振 OODR 3种光学双共振构型 OODR和LIF比较 1 LIF中 从一个激发态能级跃迁到不同低能级 只能分析低能级m2 OODR中 probe光从1态到上能级m态 通过比较有没有pump时的光谱 1态有没有布局 得到上能级m态的信息 1 光学 光学双共振光谱简化 pump光LI和probe光L2经过f1调制 两粒子数也相应调制 如果探测信号进行f1锁相探测 则从基态1 m 信号为负 从激发态2 m 信号为正 从探测信号的位相 探测的是哪个态 2 Ladder型光学 光学双共振产生Rydberg原子 Rydberg原子 主量子数n大 电耦极矩大 双光子过程 初态末态宇称相同 S S S D 单光子过程 初态末态宇称不相同 S P L1 跃迁几率大 功率小L2 跃迁几率小 n 3 功率大 Rydberg态原子性质 Rydberg常数 阈值电场 电离电场 波尔半径 外加电场可以降低电离的阈值电场 电离势 外加电场 表面势 阈值电场随n变化 3 受激辐射泵浦 共振条件 双光子共振 其中 型光学光学双共振 当两束光平行 激发态2不影响线宽 吸收线宽主要由1态和m态自然线宽决定 当基态1和m寿命很长时 线宽主要由渡越过程决定 可以小于自然线宽 探测光吸收 自然线型 自然线型中的一个dip dip位置在 光学双共振信号 饱和参数 对光学双共振信号进行调制锁相 线宽 同向传播 反向传播 如果 两波长相当 同向传播 激发态2对线宽影响小 反向传播 激发态2对线宽影响大 激发态线宽 10 4一些特殊的双共振探测方法 利用双共振光谱和其他光谱结合 1 光学双共振偏振光谱2 偏振标记光谱3 微波光学双共振偏振光谱4 烧孔和离子凹陷双共振光谱5 三共振光谱 实验设计 二 利用激光光谱探测原子的超精细结构 右图为铷85原子从基态到激发态跃迁对应的精细结构和超精细结构能级图 设计实验要求 1 利用激光光谱将基态和激发