Доплеровская спектроскопия насыщения реферат

Обновлено: 07.07.2024

Насыщенная спектроскопия , часто не хватает спектроскопия насыщения является, в лазерной спектроскопии высокого разрешения спектроскопического метода исследования атомных спектров , в которых с помощью соответствующей экспериментальной установки , эффекты доплеровского уширения можно избежать. Метод позволяет измерять такие эффекты, как сверхтонкая структура и естественная ширина линии атомного спектра.

Содержание

Экспериментальная установка

Основная структура спектроскопии насыщения состоит в том, что перестраиваемый лазер разделяется на два частичных луча разной интенсивности с помощью светоделителя . Оба частичных луча отклоняются зеркалами таким образом, что они проходят параллельно, но в противоположных направлениях (антиколлинеарно) через измеряемый образец (например, газ ). Более сильный пучок называется пучком накачки или насыщения , более слабый тестовый , запросный или пробный пучок . Луч образца направляется в спектрометр , по которому можно считывать, какие частоты были поглощены в образце .

В качестве альтернативы можно использовать два лазера с одинаковой частотой без использования светоделителя. Однако необходимо также убедиться, что оба лазера фактически работают на одной и той же частоте, что требует больших усилий.

Физическое объяснение

Для описания используется рассмотрение различных классов скорости частиц образца, которое задается тепловым движением согласно распределению Максвелла-Больцмана . Из-за доплеровского сдвига поглощение происходит на частоте поглощения падающего лазерного луча с частотой только для частиц скоростного класса . Соответственно для лазерного луча, идущего в обратном направлении . ж 0 > ж v z знак равно λ ( ж - ж 0 ) = \ lambda (f-f_ )> v z знак равно - λ ( ж - ж 0 ) = - \ lambda (f-f_ )>

Если и накачка, и луч опроса имеют одинаковую частоту , то могут иметь место только два случая: ж

ж ≠ ж 0 > : Из-за оптического эффекта Доплера оба луча поглощаются частицами, движущимися в противоположных направлениях, то есть с разными классами скорости. В плотности населения нижнего уровня есть два минимума ( дыра Беннета , см. Анимацию справа). На детекторе виден доплеровский уширенный профиль луча опроса.

ж знак равно ж 0 > ( Резонанс ): оба луча поглощаются частицами, которые находятся в покое относительно направления луча или движутся перпендикулярно лучу, то есть имеют один и тот же класс скорости . В этом случае больше нет доплеровского сдвига и отверстия Беннета перекрываются. Из-за высокой интенсивности пучка накачки возникает большое количество возбужденных состояний , при этом нижний уровень опустошается, а верхний - насыщается. Таким образом, луч запроса практически не поглощается, и в профиле поглощения имеется сильный разрез на кривой, изначально уширенной по доплеровскому закону, так называемый провал Лэмба в форме естественной ширины линии. v z знак равно 0 = 0>

В случае резонанса, если, например, синхронный усилитель используются для формирования на разнице между спектрами поглощения с и без пучка насыщения, профиль поглощения без доплеровского уширения получается. Ширина линий теперь задается только их естественной шириной.

Перекрестный сигнал

В спектре поглощения присутствует дополнительный сигнал кроссовера на средней частоте между ягненковыми провалами двух переходов и с общим верхним или нижним уровнем: ж 1 > ж 2 >

Это можно объяснить тем фактом, что на этой частоте противоположный доплеровский сдвиг накачки и опросной стали на двух переходах одинаков, но противоположен, так что и депопуляция пучком накачки, и поглощение опросным пучком при одном и том же классе скорости происходят, в результате чего поглощение снижается аналогично формированию соусов из баранины.

С обычным нижним уровнем существует дополнительный минимум поглощения, с общим верхним уровнем - максимум поглощения.

Полуширина кроссовера определяется полушириной задействованных переходов:

Другие методы

Спектры поглощения первого возбужденного состояния из рубидия : сверхтонкая структуры, которая не может быть замечена с обычной лазерной спектроскопией (голубой), разрешены только Бездопплеровской спектроскопии насыщения (красный цвет).

Спектроскопия насыщения

В дополнение к формированию разницы между спектрами поглощения с насыщающим пучком и без него, флуоресценция также может быть измерена, благодаря чему в спектре флуоресценции видны провалы Лэмба . Это особенно полезно для образцов с низкой плотностью (и, следовательно, с низким поглощением).

Если образец вносить непосредственно в резонатор лазера, потери на поглощение при резонансе минимальны, в результате чего мощность лазера здесь имеет резкий максимум. Если частота лазера активно регулируется до этого максимума, можно создавать лазеры с очень точно определенной и стабилизированной длиной волны.

Двухфотонная спектроскопия

В двухфотонной спектроскопии без допплера поглощение осуществляется двумя разными фотонами из двух противоположных лучей ( двухфотонное поглощение ). По аналогии со спектроскопией насыщения это возможно только в случае отсутствия доплеровского сдвига. ж знак равно ж 0 >

литература

Эта страница последний раз была отредактирована 26 января 2020 в 18:39.

Читайте также: