第九章 分子束光谱

第九章分子束与光学双共振技术超声分子束超冷分子产生分子束中的非线性第8.1节超声分子束分子束用途：准直，消Doppler加宽；内态泵浦，简化光谱，提高数密度；平动冷却，形成弱键vanderWaals分子；探测区无碰撞环境。原子腔体中的原子密度和气压p小增加原子相互作用自由程，忽略碰撞效应发散角密度分布一，准直分子束：扩散束(孔径A<<平均自由程)消Doppler加宽发散角sin=(b/2)/d<<1Dopplershiftx方向密度分布吸收截面吸收线型热平衡气体吸收线性共振吸收截面ThermalgasCollimatedmolecularbeam二、超声绝热膨胀冷却：能量守恒，温度降低膨胀前后能量守恒内能势能动能膨胀前热平衡膨胀到真空腔如果初始能量U0+P0V0全部转换化为动能，则U=0T=0降低原子的内部能量U,也就是降低原子之间的相对运动速度，降低原子的温度如果原子速度大于局域声波速度超声分子束初级准直准直后形成分子束与原子飞行方向相同的z方向的温度T//在平行方向准直前准直后垂直方向探测平行和垂直方向的Doppller谱型，确定两个方向密度分布平行方向垂直方向冷分子束可以用于减少转动能和振动能UvibUtransUtransUtrans利用惰性气体可以达到T//<1KPureNO25%NO2inAr当两个原子A结合形成分子A2时，分子束缚能会转换到第三者上而产生加热效应，阻止平动能到达小值。但是惰性气体分子束缚能小，可以用来减少加热效应8.2节产生超冷分子平动态冷分子制备方法1、冷原子---(Feshbach)平动冷振动热的分子

---(相干布居绝热转移)平动、振转基态分子2、热分子---(多级Stark减速)冷分子磁场Feshbach共振InUltracolddomainMagneticmomentsofclosedchannelandopenchannelaredifferent:ScatteringlengthBindingenergyMagneticmomentdifferenceRMP,82,1225,2010,Chin磁场扫描通过FeshbachRFcoupling三体复合（1）Moleculebasedonutracoldatoms非弹性碰撞；粒子数损失；针对玻色体系；不可控。FeshbachmoleculecreationCoherentRamanstatetransfertogroundvibrationalstate+1，磁场扫描通过Feshbach2，RFcouplingPRA,78,013416,2008,JinMolecularstatefreefreemoleculefree161kHzRb87+K40PRL,94,103201,2005Li6boundboundfreeboundGroundstateforLi6abc（2）热分子---(多级Stark减速)冷分子囚禁取自叶军报告具有电耦极矩的分子在电场中拥有电场势（Stark势），根据能量守恒，动能减少，温度降低。当多次经过脉冲电场，分子温度降低。Nature,406,491,2000实验装置分子囚禁CO:d=1.37debyeND3:

d=1.5debye;T=2mK准直多级减速囚禁loadingtrapping（3）热分子---(buffgas碰撞)冷分子囚禁CaH+He碰撞减速磁场囚禁CaH2CaH囚禁磁场Nature,395,148,1998第8.3节分子束中的非线性光谱分子束饱和吸收谱方案1：M1反射形成饱和吸收

分子束发散，还会带来Doppler加宽方案2：M2和M3代替M1形成饱和吸收利用f1，f2进行调制消除剩余Doppler加宽；防止只用M1，反射光进入激光器。只用M1利用M2,M3消除剩余Doppler快速离子束激光光谱(FIBLAS)两离子经过电场加速电场初速度末速度其中如果加速后增加能量，增加平动速度，但是相对速度减少，速度差异主要由加速电场决定，如果电场稳定，则速度差稳定。加速冷却同向离子束光谱探测：1，相互作用时间长线宽压窄高灵敏度对于相互作用长度L=10cm，渡越加宽垂直探测，光的直径1mm，渡越加宽2，固定激光频率，调节加速电场U，或者U1和U2，获得光谱。分子束时间飞行质谱(TOF)选择特定能态和质量的离子碎片形成离子M+将离子M+激发到需要的电子激发态获得离子碎片F+。由于电场一样，所受