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《山西大学》 2011年
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铷原子共振布拉格散射光谱研究

张玲  
【摘要】:精密地测量原子的共振跃迁频率是原子物理学的一个重要研究内容,但是由于原子多普勒频率展宽的影响,原子跃迁频率的测量精度受到了限制。70年代发明的饱和吸收光谱技术可以消除原子的多普勒频率展宽,精密测量原子的共振跃迁频率。除了饱和吸收技术以外,还发展了简并四波混频测量激光光谱技术。当一个驻波光场与原子共振作用时,能产生原子布居数差光栅(PDG),这是由于原子布居数被驻波场调制导致的。1972年,Horoche和Hartmann等人首次提出原子布居数差光栅的概念。同时,与原子布居数差光栅相联系的四波混频(FWM)效应被广泛的研究,并受到了人们的普遍关注。但是共振原子中四波混频信号与布拉格散射的关系还需进一步的研究,该研究将为四波混频产生的物理机制提供理论基础,同时还可为激光稳频提供高灵敏度的光谱信号。 本文在铷原子气室中,实验演示了一个基于原子布居数差光栅的后向共振布拉格散射激光光谱,实验观察到的散射光谱具有很高的分辨率和信噪比。这将为锁频技术提供一个很好的信号谱。一束泵浦光沿z轴正向传播进入铷原子气室中,另一束泵浦光沿-z方向传播进入原子气室中,两束相向传播的泵浦光在铷原子中相互作用,形成了一个稳定的驻波场。该驻波场通过周期性地调节铷原子两个能级的布居数分布,形成了布居数差光栅。之后,一束与泵浦光偏振相互垂直的探针光进入原子中并被该布居数差光栅所散射,探针光的散射光即形成了后向共振布拉格散射光谱。文中具体研究的内容如下: 1)简单介绍了简并四波混频的基本理论与实验中常用的结构。 2)研究了Rb D1线布拉格散射光谱,并从实验上进一步验证:观察到的布拉格散射光谱的确来自于布居数差光栅。 3)研究了Rb D2线的布拉格散射光谱。 其中,属于创新性的工作包括: 实验中首次观察了Rb D2线的布拉格散射光谱,并与饱和吸收光谱做了对比,结果表明实验中得到的布拉格散射信号相对饱和吸收具有更高的分辨率和信噪比。通过改变三束作用光的功率观察了布拉格散射信号随光功率的变化关系。在此基础上我们又通过另外一个实验说明:实验中观察到的简并四波混频信号的物理机制为布拉格散射。实验系统中只包含铷原子的两个能级,而且在频率扫描过程中,探针光和两束泵浦光的频率都是一致的。我们的实验中探针光与前向泵浦光之间的夹角为0°。实验中使用了两个分光比达105的格兰棱镜,这样散射光得以与后向泵浦光分开。
【学位授予单位】:山西大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O431.2;O562.3

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