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《兰州大学》 2019年
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氦铷中性碰撞对铷原子精细光谱影响的实验理论研究

史彦超  
【摘要】:碱金属原子在与稀有气体的中性碰撞过程中短暂的形成范德瓦耳斯分子,因此轻微的改变了碱金属原子的能级。这一机制不但可以解释碱金属原子在各种环境气体中的光谱变化,而且在天体光谱学、大功率碱金属激光、极化稀有气体等诸多涉及碱金属光泵浦过程的领域都有非常重要的应用,因而成为近年来理论及实验研究的热点。理论上对于处于稀有气体环境中的碱金属光谱变化并不完善,具体表现在全量子理论无法正确描述谱线的压力展宽与频移随环境气体温度的变化,而半经典理论尽管与实验观测更为接近但仍不完备。实验上尽管已存在多种碱金属与稀有气体组合在各种温度及压力范围下的光谱观测,但限于对光谱数据分析方法的差异及对高低温度极限区光谱观测的缺失,使得实验结果间也存在明显的差异。本文针对上述理论及实验研究中的不足,首先使用窄线宽连续激光器,通过锁相放大系统,在低温区高精度地测量了He气环境下铷原子D1和D2线压力展宽吸收光谱。在考虑铷原子能级的超精细结构以及超精细跃迁相对强度的情况下对实验数据进行了分析,获得了压力展宽参数及频移参数。随后在Baranger理论的基础上,使用新的理论计算方法对压力展宽和频移参数进行了理论计算,通过变相法计算了跃迁过程每个轨道角动量所对应的散射相移,最终计算出了温度范围在100-800 K之间的压力展宽和频移参数,并与使用其它理论模型的计算结果进行了对比,证明了新的计算方法对于原有全量子理论的改进是合理的。与原有的全量子理论相比,新的方法计算过程更为简洁,避免了原有理论对于碰撞系统热运动速率分布的依赖性。此外新的方法在绝大部分的温度范围内与实验及半经典理论结果吻合,但在低温极限下与半经典理论结果出现显著差异,预示着在低温极限下可能存在实验上尚无法观测的量子效应。与此同时,为了进一步提高实验观测的精度,本文自行搭建了FP干涉仪,进而使用饱和吸收光谱技术消除了谱线中的多普勒展宽效应,测量了~(87)Rb和~(85)Rb同位素的超精细能级劈裂,并计算了其激发态的超精细相互作用常数。为下一步更高精度的实验工作奠定了坚实的基础。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:O562

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