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铯原子激发态光谱及量子相干研究

作　者: 杨保东
导　师: 王军民
学　校: 山西大学
专　业: 光学
关键词: 激发态光谱 光学双共振(OODR) 光学双共振光抽运(DROP) 电磁感应透明(EIT) 激光稳频 Dressed态光谱
分类号: O431.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


精密光谱的研究一直是物理学中重要的研究领域,这方面的研究进展直接推动了原子分子物理、激光物理、光电子等学科的发展,对于量子频标等具有重要意义。不断提高光谱的分辨率,是激光光谱学中一个永恒的主题。然而,对于室温下气室中的原子,由于存在多普勒展宽而限制了光谱的精度。尽管已经发展了许多种消除多普勒展宽的方法,如饱和吸收光谱、偏振光谱、双光子光谱等。但对光谱的研究主要集中在基态与激发态之间的跃迁线,而对于激发态与激发态之间的跃迁研究的相对较少。近年来,基于激发态之间无多普勒展宽的光谱优点,逐渐将其用于激光器稳频、超精细能级间隔、精细结构常数的测量,以及宇称守恒等方面的研究工作。激发态之间的光谱通常采用光学双共振OODR（Optical-Optical Double Resonance）技术获得,然而,OODR技术对于某些体系得到的光谱信噪比较低。为了弥补OODR的不足,人们发展了光学双共振光抽运技术DROP（Double Resonance Optical Pumping）。与OODR技术相比,这种方法是通过探测原子基态布居数来获得激发态之间的光谱,因此具有高信噪比的优点。另外,在阶梯型三能级系统中,由于同时存在量子相干效应,从而使得DROP谱线更窄,可提高光谱的精度。本论文中对以下几个方面作了研究:（1）基于光学双共振（OODR）技术对处于室温下铯原子气室中62P3/2-82S1/2激发态跃迁的超精细光谱进行了研究。在特定的实验条件下,观察到其超精细光谱中由于多普勒效应而造成的一些谱线结构,采用速度选择模型,作了仔细的分析说明。然而这些谱线结构,在同类型的铷原子实验中不易观察到。（2）光学双共振光抽运（DROP）技术相对于OODR技术而言,大大改善了铯原子激发态62P3/2-82S1/2跃迁的超精细光谱的信噪比。在此基础上,我们利用激发态6P3/2（F′=5）-8S1/2（F″=4）的跃迁线对794.6nm的光栅外腔半导体激光器进行了无直接频率调制的激光稳频。激光器频率被锁定之后,在平均时间100s时,其阿仑方差平方根为4.1×10-12较自由运转时,794.6nm激光器的频率稳定度有了显著的改善。（3）在阶梯型三能级系统6S1/2（F=4）-6P3/2（F′=5）-8S1/2（F″=4）中,不仅有DROP效应对超精细谱线有贡献,而且也包含了EIT效应的贡献,我们对此在理论和实验上作了研究。（4）基于铯原子磁光阱,对冷原子62P3/2（F′=5）到82S1/2（F″=4）的缀饰态光谱进行了实验观察,并基于阶梯型能级系统6S1/2（F=4）-6P3/2（F′=5）-8S1/2（F″=4）中的DROP效应和EIT效应,对794.6nm探测光抑制冷原子装载的机理作了分析。

全文目录


目录  4-6
Contents  6-8
摘要  8-10
Abstract  10-13
第一章 绪论  13-29
  1.1 激光光谱  14-24
    1.1.1 饱和吸收光谱  14-16
    1.1.2 偏振光谱  16-17
    1.1.3 双光子光谱  17-20
    1.1.4 光学双共振  20-24
  1.2 电磁感应透明  24-27
  1.3 论文的主要内容  27-29
第二章 阶梯型三能级系统中的光学双共振及光学双共振光抽运  29-41
  2.1 室温下铯原子气室中6P_(3/2)-8S_(1/2)激发态跃迁的速度选择光谱  29-36
    2.1.1 实验原理及实验装置  30-31
    2.1.2 实验结果及讨论  31-35
    2.1.3 小结  35-36
  2.2 光学双共振光抽运及其在激光稳频中的应用  36-41
    2.2.1 实验原理及实验装置  36-37
    2.2.2 实验结果及讨论  37-40
    2.2.3 小结  40-41
第三章 阶梯型三能级系统中的电磁感应透明及光学双共振光抽运  41-53
  3.1 阶梯型三能级系统中的EIT效应  42-46
  3.2 基于多普勒展宽介质的阶梯型三能级系统中的EIT效应  46-47
  3.3 实验及结果讨论  47-52
    3.3.1 激光功率对谱线强度及线宽的影响  47-49
    3.3.2 实验谱线的分析  49-52
  3.4 小结  52-53
第四章 冷原子中dressed态光谱  53-61
  4.1 磁光阱的基本原理  53-55
  4.2 磁光阱实验系统  55-56
  4.3 铯冷原子中dressed态光谱的实验观察  56-59
  4.4 794.6nm探测光对磁光阱中原子装载抑制机理的分析  59-60
  4.5 小结  60-61
第五章 总结  61-63
参考文献  63-69
硕士研究生期间完成的论文  69-71
致谢  71-73
个人简况  73-75

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 光本性的理论 > 量子光学
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