V型能級結構原子的速度轉移雷射光譜測量裝置製造方法
2023-05-21 00:04:11 1
V型能級結構原子的速度轉移雷射光譜測量裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種V型能級結構原子的速度轉移雷射光譜測量裝置，該裝置的第一雷射器發出的雷射經過第一二向色鏡時分為兩束，一束依次透射過第一二向色鏡和第二二向色鏡，最後到達第一光電探測器；另一束由第一二向色鏡反射產生再經過全反射鏡反射後到達第二光電探測器；所述的第二雷射器發出的雷射經過第二二向色鏡反射後沿著第一雷射器發出雷射的光路到達第一二向色鏡；在全反射鏡射向第二光電探測器的光路上設置自然態的被測原子樣品，在第一二向色鏡、第二二向色鏡之間的光路上設置純同位素的被測原子樣品。本實用新型測出的光譜具有亞都卜勒的特徵，吸收譜中無交叉峰，能將高、低激發態原子譜同時測量出來。
【專利說明】V型能級結構原子的速度轉移雷射光譜測量裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於雷射光譜和雷射穩頻【技術領域】，涉及一種V型能級結構原子的速度轉移雷射光譜測量實現方法，可應用於多波長雷射穩頻。
【背景技術】
[0002]目前的雷射光譜和雷射穩頻【技術領域】，常用原子飽和吸收雷射光譜、原子偏振極化譜、塞曼外磁場調製譜等技術和實現方法進行原子能級結構的高精密測量、雷射穩頻等應用。具體就是利用光電探測器收集到原子、分子或離子等各種介質與雷射相應的量子躍遷能級間對外界雷射相應的波長的吸收譜信號，記錄數據得到。
[0003]在雷射頻率穩定和鎖定的應用上，將測量到的誤差電信號，通過電放大和濾波，驅動雷射器電子線路的頻率控制反饋單元。所述頻率控制反饋單元主要包括雷射器的電流源、控制雷射腔長的壓電陶瓷電壓。
[0004]對於V型能級結構的原子，一般都是利用都卜勒譜或飽和吸收譜來實現譜的測量，這樣的技術對于振子強度很低的能級信號非常微弱，直接測量的信噪比往往較低。
實用新型內容
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是:針對上述現有技術中利用都卜勒譜或飽和吸收譜測量V型能級結構原子的雷射光譜信噪比太低，提供一種V型能級結構原子的速度轉移雷射光譜測量裝置。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是:一種V型能級結構原子的速度轉移雷射光譜測量裝置，包括有第一雷射器、第二雷射器，第一二向色鏡、第二二向色鏡、第一光電探測器、第二光電探測器和一個全反射鏡；所述的第一雷射器發出的雷射經過第一二向色鏡時分為兩束，一束依次透射過第一二向色鏡和第二二向色鏡，最後到達第一光電探測器；另一束由第一二向色鏡反射產生再經過全反射鏡反射後到達第二光電探測器；所述的第二雷射器發出的雷射經過第二二向色鏡反射後沿著第一雷射器發出雷射的光路到達第一二向色鏡；在全反射鏡射向第二光電探測器的光路上設置自然態的被測原子樣品，在第一二向色鏡、第二二向色鏡之間的光路上設置純同位素的被測原子樣品。
[0007]作為優選方案:所述的第一雷射器為780nm外腔半導體雷射器，功率為20uW，所述的第二雷射器為420nm外腔半導體雷射器，功率為8mW，所述的第一雷射器、第二雷射器光束直徑為2mm，線寬小於1MHz，連續調諧大於IOGHz ;所述的第一二向色鏡、第二二向色鏡均為 HT780nm，HR420nm 型二向色鏡。
[0008]作為優選方案:所述的自然態的被測原子樣品為包含自然成分85Rb和87Rb的銣原子蒸汽泡；所述的純同位素的被測原子樣品為僅包含純87Rb的銣原子蒸汽泡。
[0009]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:本實用新型利用了兩個不同波長雷射器分別與V型能級結構的原子高激發態弱振子強度躍遷線、以及低激發態躍遷線頻率對應，激發高激發態的雷射其頻率穩定可調，但不需要飽和譜那樣掃頻。與低激發態對應雷射用作探測光，通過原子樣品後由光電探測器記錄數據。
[0010]本實用新型所實現的原子速度轉移雷射光譜測量具有亞都卜勒的特徵，而且可以消除傳統飽和吸收譜中的多餘交叉峰，並且能夠將低激發態和高激發態原子譜同時測量出來。
[0011]基於本實用新型的V型能級結構原子、分子、離子能級躍遷的速度轉移雷射譜非常有特色，與已有的各種光譜技術都不同，可以應用於多波長雷射穩頻，具有重要的應用價值。
[0012]本實用新型適用於銣原子、銫原子等鹼金屬原子等對應的基態與第一、第二激發態之間的躍遷能級來實現V型能級結構原子的速度轉移雷射光譜，也適用於鹼土金屬鈣、鍶等原子來實現。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型V型能級結構原子的速度轉移雷射光譜測量裝置的結構示意圖。
[0014]圖2是應用本實用新型實施例的V型能級結構原子的速度轉移雷射光譜實施效果示意圖。
[0015]圖1中:1、第一雷射器；2、第一二向色鏡；3、純87Rb的銣原子蒸汽泡；4、第二二向色鏡；5、第二雷射器；6、第一光電探測器；7、全反射鏡；8、包含自然成分85Rb和87Rb的銣原子蒸汽泡；9、第二光電探測器。
【具體實施方式】
[0016]下面通過結合附圖，對本實用新型的實施方式作進一步說明。
[0017]實施例1
[0018]圖1所示，本實施例所述的一種V型能級結構原子的速度轉移雷射光譜測量裝置，包括有第一雷射器1、第二雷射器5,第一二向色鏡2、第二二向色鏡4、第一光電探測器6、第二光電探測器9和一個全反射鏡7 ;所述的第一雷射器發出的雷射經過第一二向色鏡時分為兩束，一束依次透射過第一二向色鏡和第二二向色鏡，最後到達第一光電探測器；另一束由第一二向色鏡反射產生再經過全反射鏡反射後到達第二光電探測器；所述的第二雷射器發出的雷射經過第二二向色鏡反射後沿著第一雷射器發出雷射的光路到達第一二向色鏡；在全反射鏡射向第二光電探測器的光路上設置包含自然成分85Rb和87Rb的銣原子蒸汽泡8，在第一二向色鏡、第二二向色鏡之間的光路上設置僅包含純87Rb的銣原子蒸汽泡3。所述的第一二向色鏡、第二二向色鏡與第一雷射器發出雷射呈45度夾角，第二二向色鏡與第二雷射器發出雷射呈45度夾角。
[0019]所述的第一雷射器為780nm外腔半導體雷射器，功率為20uW，所述的第二雷射器為420nm外腔半導體雷射器，功率為8mW,所述的第一雷射器、第二雷射器光束直徑為2mm,線寬小於1MHz，連續調諧大於IOGHz ;所述的第一二向色鏡、第二二向色鏡均為HT780nm，HR420nm型二向色鏡，即對第一雷射器發出的780nm波長的雷射具有高透射性，對第二雷射器發出的420nm波長的雷射具有高反射性。
[0020]上述兩個雷射器帶各自驅動電流、溫度控制、壓電掃描控制電路，以及用於檢測的探測器等。
[0021]所述的第二雷射器5作為泵浦光源，將頻率鎖定在52S1/2，F=3 — 62P3/2，F』=3 ;第一雷射器I作為探測光源和頻率參考。第一雷射器發出的780nm雷射經二向色鏡分成兩束，一束經全反射鏡7反射到包含自然成分85Rb和87Rb的銣原子蒸汽泡8中，與銣原子相互作用後被第二光電探測器9接收，接收到的吸收譜用作頻率標定；另一束作為探測光經第一二向色鏡2透射，經過純87Rb的銣原子蒸汽泡時，與反向射來的第二雷射器發出的420nm泵浦雷射共同與87Rb原子相互作用，穿過第二二向色鏡4，被第一光電探測器6接收。
[0022]所述包含自然成分85Rb和87Rb的銣原子蒸汽泡8，以及純87Rb的銣原子蒸汽泡3銣原子泡的長度均為5cm，直徑2.5cm。
[0023]圖2為V型能級結構原子的速度轉移雷射光譜實施效果圖。其中橫坐標是對應的測量雷射頻率，縱坐標是測量雷射透射率；圖2的(a)部表示420nm泵浦光的頻率鎖定在52S1/2，F=3 — 62P3/2，F』 =3的躍遷線上，銣泡中在雷射傳輸方向上速度分量為零的原子就被布居到62P3/2，F』=3態上。與此同時，考慮都卜勒效應的影響，根據公式Y = Y0 (1-v/c)，速度分量為8.7和16.7m/s的原子也被泵浦到激發態62P3/2上。然而，這些速度分量的原子對於780nm探測光來說，根據都卜勒效應Y = ^ (l_v/c)，理論計算得失諧量為11.2和21.3MHz，實驗上探測值為11.5和21.1MHz0同時，780nm探測光本身對銣原子的泵浦作用，表現在圖上有52P3/2三個超精細能級。因此，兩個激發態之間的超精細光譜相對位置同時出現在光電探測器探測到的信號中，且無多餘交叉峰。本實用新型可以同時測量兩個不同頻率能級的光譜，可以用於不同波長雷射同時鎖頻。
[0024]圖2的(b)部表示780nm雷射的飽和吸收譜作為參考光，用作頻率標定。
[0025]必須注意，上述的V型能級結構原子的速度轉移雷射光譜測量方法與傳統的飽和吸收譜具有本質的區別，因為傳統的飽和吸收譜對於弱振子強度躍遷信號很弱，在都卜勒展寬頻率範圍內會出現多`餘的交叉譜線，在具體的雷射穩頻應用上反而不利。本實用新型的特色是，在V型能級結構原子上實現速度轉移雷射光譜測量，將弱振子強度躍遷的譜信息通過原子的速度轉移效應，在高振子強度的低激發態的雷射譜上顯示出來。並且，這樣的譜線同時包含V型能級結構原子的弱振子強度躍遷的譜與高振子強度的低發態譜，又沒有多餘的交叉線。
[0026]因此，非常明確，本實用新型中所述的速度轉移雷射光譜技術在原子譜線的精密測量和雷射穩頻應用上具有很好的前景。
[0027]實施例2
[0028]本實施例與實施例1的區別在於:將所述的包含自然成分85Rb和87Rb的銣原子蒸汽泡8替換為僅包含85Rb或87Rb的銣原子蒸汽泡，同樣能實現頻率標定的功能。
[0029]上述具體的實用新型實施例僅是為了說明本實用新型的基本工作原理，而非用於限制本實用新型的範圍。本領域普通技術人員應當理解，對本實用新型技術方案進行修改或同等替換，並不能使修改後的技術方案脫離本實用新型技術方案的精神與範圍。
【權利要求】
1.一種V型能級結構原子的速度轉移雷射光譜測量裝置，其特徵在於:包括有第一雷射器、第二雷射器，第一二向色鏡、第二二向色鏡、第一光電探測器、第二光電探測器和一個全反射鏡；所述的第一雷射器發出的雷射經過第一二向色鏡時分為兩束，一束依次透射過第一二向色鏡和第二二向色鏡，最後到達第一光電探測器；另一束由第一二向色鏡反射產生再經過全反射鏡反射後到達第二光電探測器；所述的第二雷射器發出的雷射經過第二二向色鏡反射後沿著第一雷射器發出雷射的光路到達第一二向色鏡；在全反射鏡射向第二光電探測器的光路上設置自然態的被測原子樣品，在第一二向色鏡、第二二向色鏡之間的光路上設置純同位素的被測原子樣品。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於:所述的自然態的被測原子樣品替換為純同位素的被測原子樣品。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於:所述的第一雷射器為780nm外腔半導體雷射器，功率為20uW，所述的第二雷射器為420nm外腔半導體雷射器，功率為8mW，所述的第一雷射器、第二雷射器光束直徑為2_，線寬小於1MHz，連續調諧大於IOGHz ;所述的第一二向色鏡、第二二向色鏡均為HT780nm，HR420nm型二向色鏡。
4.根據權利要求1或3所述的裝置，其特徵在於:所述的自然態的被測原子樣品為包含自然成分85Rb和87Rb的銣原子蒸汽泡；所述的純同位素的被測原子樣品為僅包含純87Rb的銣原子蒸汽泡。
【文檔編號】G01N21/39GK203630039SQ201320890117
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】凌俐, 畢崗 申請人:浙江大學城市學院