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【原創(chuàng)】筱曉課堂——利用780nm DFB測試Rb飽和吸收光譜

來源:筱曉(上海)光子技術(shù)有限公司   2025年06月04日 17:49  

【原創(chuàng)】筱曉課堂——利用780nm DFB測試Rb飽和吸收光譜


飽和吸收光譜(Saturated Absorption Spectroscopy, SAS)作為突破多普勒展寬限制的高分辨率光譜技術(shù),在原子分子物理、精密測量等領(lǐng)域具有重要價值。本文簡要闡述了飽和吸收光譜的工作原理、以及我們?nèi)绾问褂?80nm DFB掃出 85Rb的飽和吸收光譜。


什么是原子吸收光譜?當(dāng)入射光波長與原子基態(tài)到激發(fā)態(tài)躍遷能量匹配時,原子外層電子吸收光子能量發(fā)生躍遷,導(dǎo)致入射光強(qiáng)度顯著衰減,形成吸收峰。該過程遵循量子力學(xué)選擇定則,僅允許特定能級間的躍遷。





原子吸收峰并非嚴(yán)格單色,其半高寬受以下因素影響:


?自然展寬?(10-5 nm量級):由激發(fā)態(tài)有限壽命導(dǎo)致的能量不確定性,符合海森堡測不準(zhǔn)原理。


?多普勒展寬?(10-4 ~ 10-3 nm量級):原子熱運動引發(fā)波長偏移,使得原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)被掩蓋,無法觀察。例如,室溫下銣原子的多普勒展寬可達(dá)數(shù)百MHz?。


多普勒展寬影響了我們對原子精細(xì)結(jié)構(gòu)的探測。因此,人們提出了飽和吸收光譜這種解決方案,可以克服多普勒展寬對原子光譜的影響。

【原創(chuàng)】筱曉課堂——利用780nm DFB測試Rb飽和吸收光譜

最終,我們可以在示波器上看到85Rb的飽和吸收信號。

【原創(chuàng)】筱曉課堂——利用780nm DFB測試Rb飽和吸收光譜



85Rb F=3躍遷至F’=2,3,4與交叉峰局部放大圖

【原創(chuàng)】筱曉課堂——利用780nm DFB測試Rb飽和吸收光譜

設(shè)備介紹:

【原創(chuàng)】筱曉課堂——利用780nm DFB測試Rb飽和吸收光譜



AFG:任意函數(shù)發(fā)生器,是一種能生成任意波形的信號源。我們使用的設(shè)備是TEKAFG31052,利用它生成鋸齒波。


780nm DFB這是一種基于分布反饋(DFB)結(jié)構(gòu)的窄線寬半導(dǎo)體激光器,其中心波長為780nm,通過調(diào)制它的泵浦電流就可以實現(xiàn)掃頻,廣泛應(yīng)用于銣原子量子計算、原子重力儀及精密測距等領(lǐng)域。


1/2波片又叫半波片,是一種基于雙折射原理的光學(xué)相位延遲片,可以對線偏光的偏振態(tài)進(jìn)行控制,廣泛應(yīng)用于激光偏振調(diào)控、光通信及量子光學(xué)領(lǐng)域?。


PBS:偏振分束器,是一種基于雙折射或介質(zhì)膜干涉原理的光學(xué)元件,能夠?qū)⑷肷涔獍雌駪B(tài)正交分離為透射的P偏振光與反射的S偏振光,消光比可達(dá)1000:1以上,配合1/2波片控制入射光的偏振態(tài),可以調(diào)控分出兩束正交光的功率比例。


85Rb氣室:裝有85Rb的密封玻璃氣室,對氣室加熱至60℃左右,確保氣室內(nèi)的Rb不凝固在玻璃上。


反射鏡:需要一對反射鏡,才能確保pump光可以和probe光共線反向。


PD:光電探測器,將光功率信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并實時輸出。



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