铷原子高分辨频梳光谱的研究

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光谱测量技术是探究原子分子基本物理结构的重要方法。激光的出现和非线性光学的发展,使光谱测量的灵敏度、光谱的分辨率、光谱的时间和空间分辨本领提高了若干数量级,为高灵敏光谱技术奠定了基础,极大地促进了原子分子物理学的发展。上个世纪90年代,飞秒光学频率梳的发明不仅实现了光学频率和微波频率的连接,而且进一步推动了光谱精密测量技术的发展,形成了极具前景的频梳光谱技术。这种光谱技术克服了连续激光吸收光谱数据采集时间长和傅里叶变换光谱灵敏度低的缺点,在较宽的光谱频段可以实现短时间内直接用于对原子分子的光谱测量,因此被广泛地应用于原子分子基本常数测量、大气化学动力学和污染控制等研究领域。  本文以光学频率梳为光源,利用频梳光谱技术获取铷原子高分辨的频梳光谱,主要研究内容如下:  1.利用反向传播的光学频率梳输出脉冲,作用于热的铷原子样品上,两步激发铷原子从5S1/2跃迁到5D5/2态。实验中扫描光学频率梳的重复频率,通过探测6P3/2-5S1/2的荧光信号获得高分辨的铷原子(87Rb和85Rb)的5S1/2--5P3/2-5D5/2频梳光谱。研究了铷原子温度、光学频率梳平均输出功率对频梳光谱强度的影响。利用斩波器对光学频率梳输出的飞秒脉冲进行强度调制,使频梳光谱信号的信噪比得到了极大提高。  2.利用飞秒光学频率梳和连续激光器组合实现铷原子频梳光谱的测量。该技术有效地克服了飞秒光学频率梳每个梳齿模式的功率较低,导致光谱的灵敏度受到限制的缺点。采用连续激光器激发铷原子实现5S1/2-5P3/2跃迁,飞秒光学频率梳的输出脉冲实现铷原子5P3/2-5D5/2的跃迁。通过在铷原子D2线附近扫描连续激光器的频率,探测6P3/2-5S1/2的荧光信号获得高分辨的铷原子的5S1/2--5P3/2-5D5/2频梳光谱。研究了铷原子温度和半导体激光器功率对频梳光谱信号的影响,理论拟合和实验结果一致。  3.通过飞秒光学频梳和连续激光的拍频信号,获得了它们的干涉光谱,实验测量了二者干涉信号的频率间距和连续激光输出频率的关系,利用此结果可以实现对连续激光频率的有效快速测量。
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