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基于矢量光场的单帧扫描偏振分辨简并四波混频和饱和吸收光谱技术研究

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基于矢量光场的单帧扫描偏振分辨简并四波混频和饱和吸收光谱技术...

作者：原佳琪西北大学

学位级别：硕士

光与物质相互作用的特性与入射光的偏振状态密切相关,且这种随入射光的偏振态改变的规律与物质的组成和结构密切相关。由于这种依赖特性与样品的性质(结构、成分、动力学等)密切相关,偏振分辨光谱/成像技术成为了检索物质信息的重要工... 详细信息

光与物质相互作用的特性与入射光的偏振状态密切相关,且这种随入射光的偏振态改变的规律与物质的组成和结构密切相关。由于这种依赖特性与样品的性质(结构、成分、动力学等)密切相关,偏振分辨光谱/成像技术成为了检索物质信息的重要工具。为了得到偏振分辨光谱,首先需要探测入射光在不同偏振态下的信号强度。现有的偏振分辨光谱技术大多是通过逐一改变入射光的偏振状态来实现的,光谱获取速度慢,且需要对同一样品进行多次重复测量,不适用于光学稳定差的样品和超快动力学过程的研究。鉴于此,本论文提出利用矢量光场的偏振状态分布不均匀的特性获得单帧扫描偏振分辨光谱的技术,主要内容和研究成果包括:1.基于矢量光场在Rb原子介质中实现了一种单帧扫描偏振分辨简并四波混频(Degenerate Four-wave Mixing,DFWM)光谱的新方法,两束泵浦光保持线偏振态,探测光为矢量光场。由于DFWM信号的偏振和强度与探测光的偏振态密切相关,使用偏振状态随空间变化的矢量探测光能够产生偏振态和强度随空间变化的DFWM信号。因此,从单帧DFWM图像中即可检索到偏振分辨光谱。我们在实验上率先使用矢量光场实现了单帧扫描偏振分辨光谱的探测。2.使用混合偏振光作为探测光,在Rb原子蒸汽中实现了一种单帧扫描偏振分辨饱和吸收光谱(Saturated Absorption Spectroscopy,SAS)的新方法。利用混合偏振探测光的偏振状态随空间变化的特性,能够从单帧信号中检索到偏振分辨SAS信息。然后,在实验上对两个共振跃迁处(|5S,F=3>→|5P,F′=4>和|5S,F=3>→|5P,F′=3>)的SAS信号的偏振依赖特性进行了探测和比较,发现在“闭合的二能级系统”|5S,F=3>→|5P,F′=4>处,可以观察到SAS信号具有强烈的偏振依赖特性。然而在|5S,F=3>→|5P,F′=3>这个“开放的二能级系统”处没有观察到SAS信号的偏振依赖特性。本论文提出并实现了基于矢量光场实现单帧扫描偏振分辨DFWM光谱技术和单帧扫描偏振分辨SAS技术,为研究光稳定性差、易产生不可逆损伤的样品和超快光学过程提供了有力的工具。

关键词：偏振分辨光谱矢量光场简并四波混频光谱饱和吸收光谱

用于激光锁频的低泵浦场饱和吸收光谱（英文）

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Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering) 2018年第2期19卷 171-174页

作者： Shang-qing LIANG Yun-fei XU Qiang LIN Institute of Optics Department of Physics Zhejiang University Center for Optics&Optoelectronics Research College of ScienceZhejiang University of Technology

目的:利用激光透过原子气室时的端面反射产生泵浦光,实现低泵浦场的饱和吸收光谱,提高饱和吸收光谱锁频方法对运动平台的适应性。创新点:1.在饱和吸收光谱中实现无需额外反射镜调节的泵浦光与探测光的重合方法;2.在饱和吸收光谱中实现... 详细信息

目的:利用激光透过原子气室时的端面反射产生泵浦光,实现低泵浦场的饱和吸收光谱,提高饱和吸收光谱锁频方法对运动平台的适应性。创新点:1.在饱和吸收光谱中实现无需额外反射镜调节的泵浦光与探测光的重合方法;2.在饱和吸收光谱中实现强探测-弱泵浦的实验方式。方法:1.利用原子气室端面反射光作为泵浦光,实现低泵浦场的饱和吸收光谱装置(图1和2);2.研究实现低泵浦场的饱和吸收光谱所需的角度控制精度(图4);3.研究采用此方法的激光频率锁定效果(图5和6)。结论:1.低泵浦场的饱和吸收光谱方法可以满足激光频率锁定的要求;2.低泵浦场的饱和吸收光谱装置相比传统装置,没有多余的可调节的反射镜,装置更加简洁,锁频效果受环境影响更小,对运动平台的适应性更强。

关键词：饱和吸收光谱低泵浦场长漂运动平台

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亚稳态氪原子饱和吸收光谱无调制激光稳频

量子电子学报 2009年第1期26卷 23-27页

作者：吴仡蒋蔚程存峰孙羽成国胜胡水明(指导) 合肥微尺度物质科学国家实验室中国科学技术大学化学物理系安徽合肥230026

利用亚稳态氪原子^2P3／25p[5／2]3-^2P3／25s[3／2]2饱和吸收光谱，分别使用电光调制器相位调制和声光调制器移频调制的方法，结合相敏检测，实现了钛宝石激光器相对于亚稳态氪原子的811．5nm饱和吸收线的频率锁定。由获得的鉴频曲线... 详细信息

利用亚稳态氪原子^2P3／25p[5／2]3-^2P3／25s[3／2]2饱和吸收光谱，分别使用电光调制器相位调制和声光调制器移频调制的方法，结合相敏检测，实现了钛宝石激光器相对于亚稳态氪原子的811．5nm饱和吸收线的频率锁定。由获得的鉴频曲线以及误差信号估算，激光频率漂移从稳频回路开路时的超过8MHz；减小到回路闭合时的约1MHz，并可实现对激光频率数小时的稳定。该稳频后的激光光源被成功地用于激光冷却亚稳态氪原子各个稳定同位素。

关键词：激光技术激光锁频饱和吸收光谱频率调制氪原子冷原子

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薄铷汽室饱和吸收光谱的研究

激光与红外 2010年第7期40卷 697-699页

作者：荆彦锋闫树斌秦丽任小红中北大学电子测试技术国家重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051 长治医学院山西长治046000

高性能的频率基准在民用、军事领域得到广泛应用。饱和吸收光谱技术是减小多普勒加宽,获得高性能原子钟的有效手段。本文介绍了原子汽室饱和吸收研究的实验装置和实验结果,发现原子汽室必须在适当温度下才能获得明显的饱和吸收光谱。对... 详细信息

高性能的频率基准在民用、军事领域得到广泛应用。饱和吸收光谱技术是减小多普勒加宽,获得高性能原子钟的有效手段。本文介绍了原子汽室饱和吸收研究的实验装置和实验结果,发现原子汽室必须在适当温度下才能获得明显的饱和吸收光谱。对300μm厚度的铷汽室,50℃时其饱和吸收的相对强度最高,交叉共振峰的相对强度比50 mm厚铷汽室明显减小,分析并解释了减小的原因。实验结论对微型高性能原子钟的研究具有参考价值。

关键词：饱和吸收光谱薄铷汽室交叉共振峰

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Rb原子饱和吸收光谱实验教学系统

实验技术与管理 2020年第8期37卷 154-161,194页

作者：孙文博张慧云郑盟锟王合英陈宜保清华大学物理系北京100084

饱和吸收光谱(saturated absorption spectroscopy,简称SAS)是一种常用的精密激光光谱技术,可用于消除光谱中的多普勒展宽。该技术是磁光阱实验体系的重要组成部分,是冷原子研究领域实验开展的基础。清华大学近代物理实验室自主设计和... 详细信息

饱和吸收光谱(saturated absorption spectroscopy,简称SAS)是一种常用的精密激光光谱技术,可用于消除光谱中的多普勒展宽。该技术是磁光阱实验体系的重要组成部分,是冷原子研究领域实验开展的基础。清华大学近代物理实验室自主设计和建设了饱和吸收光谱教学实验装置,并用于教学实践。使学生通过该实验学习理解原子能级、光谱展宽机制、吸收谱原理、微分谱应用方法等,并通过数据分析计算Rb原子气体温度、激发态寿命等,拓展眼界,启发兴趣,让学生对冷原子物理研究领域有更深入的理解。

关键词：饱和吸收光谱多普勒展宽自然展宽超精细结构交叉峰

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饱和吸收光谱实验的教学定位与教学设计

物理实验 2021年第9期41卷 29-34页

作者：孙文博王合英郑盟锟陈宜保郭旭波张留碗清华大学物理系北京100084

饱和吸收光谱是冷原子物理研究领域的重要实验,是磁光阱等复杂前沿实验的技术基础,展现了量子力学原理、精密光谱技术、激光控制技术、数理实验思想等众多近代物理实验层级的教学要点.本文详细介绍了清华大学近代物理实验课程中,饱和吸... 详细信息

饱和吸收光谱是冷原子物理研究领域的重要实验,是磁光阱等复杂前沿实验的技术基础,展现了量子力学原理、精密光谱技术、激光控制技术、数理实验思想等众多近代物理实验层级的教学要点.本文详细介绍了清华大学近代物理实验课程中,饱和吸收光谱实验的教学定位、教学设计思路和课堂实践情况,并展现了该实验在层进式教学、学生认知规律研究、学生创新能力养成方面的作用和价值.

关键词：饱和吸收光谱量子物理教学设计创新教育

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基于铷饱和吸收光谱分析谱线频移的频率标尺

西北师范大学学报（自然科学版） 2018年第5期54卷 44-49页

作者：任博权严祥安刘耀武段宝睿郭周西安工程大学理学院陕西西安710048

针对示波器接受光电信号时,横坐标显示的是扫描时间,不能直接分析信号频移量的问题,设计了铷原子的饱和吸收光谱实验,并在示波器上同步接收法布里-珀罗腔的干涉条纹和铷原子D2线的饱和吸收谱线信号.利用实验上观测到的87 Rb D2线F=2的6... 详细信息

针对示波器接受光电信号时,横坐标显示的是扫描时间,不能直接分析信号频移量的问题,设计了铷原子的饱和吸收光谱实验,并在示波器上同步接收法布里-珀罗腔的干涉条纹和铷原子D2线的饱和吸收谱线信号.利用实验上观测到的87 Rb D2线F=2的6个饱和吸收峰和已知的铷原子超精细能级结构确定频率标尺,计算了85 Rb D2线吸收峰之间的频率差及法布里-珀罗干涉条纹的自由光谱范围.结果表明,实验上确定的频率标尺与理论相符,饱和吸收光谱可用于标定基态到激发态跃迁谱线的频移量,而通过饱和吸收光谱计算得到的自由光谱范围则可作为激发态能级跃迁的频率标尺,分析激发态能级跃迁的频移.

关键词：饱和吸收光谱铷原子D2线自由光谱范围频率标尺