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V型能級結(jié)構(gòu)原子的速度轉(zhuǎn)移激光光譜測量裝置制造方法

文檔序號:6213067閱讀:133來源:國知局
V型能級結(jié)構(gòu)原子的速度轉(zhuǎn)移激光光譜測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種V型能級結(jié)構(gòu)原子的速度轉(zhuǎn)移激光光譜測量裝置,該裝置的第一激光器發(fā)出的激光經(jīng)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,最后到達第一光電探測器;另一束由第一二向色鏡反射產(chǎn)生再經(jīng)過全反射鏡反射后到達第二光電探測器;所述的第二激光器發(fā)出的激光經(jīng)過第二二向色鏡反射后沿著第一激光器發(fā)出激光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(tài)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多普勒的特征,吸收譜中無交叉峰,能將高、低激發(fā)態(tài)原子譜同時測量出來。
【專利說明】V型能級結(jié)構(gòu)原子的速度轉(zhuǎn)移激光光譜測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于激光光譜和激光穩(wěn)頻【技術(shù)領(lǐng)域】,涉及一種V型能級結(jié)構(gòu)原子的速度轉(zhuǎn)移激光光譜測量實現(xiàn)方法,可應用于多波長激光穩(wěn)頻。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的激光光譜和激光穩(wěn)頻【技術(shù)領(lǐng)域】,常用原子飽和吸收激光光譜、原子偏振極化譜、塞曼外磁場調(diào)制譜等技術(shù)和實現(xiàn)方法進行原子能級結(jié)構(gòu)的高精密測量、激光穩(wěn)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(zhì)與激光相應的量子躍遷能級間對外界激光相應的波長的吸收譜信號,記錄數(shù)據(jù)得到。
[0003]在激光頻率穩(wěn)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(qū)動激光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激光器的電流源、控制激光腔長的壓電陶瓷電壓。
[0004]對于V型能級結(jié)構(gòu)的原子,一般都是利用多普勒譜或飽和吸收譜來實現(xiàn)譜的測量,這樣的技術(shù)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(nèi)容
[0005]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是:針對上述現(xiàn)有技術(shù)中利用多普勒譜或飽和吸收譜測量V型能級結(jié)構(gòu)原子的激光光譜信噪比太低,提供一種V型能級結(jié)構(gòu)原子的速度轉(zhuǎn)移激光光譜測量裝置。
[0006]為解決上述技術(shù)問題,本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種V型能級結(jié)構(gòu)原子的速度轉(zhuǎn)移激光光譜測量裝置,包括有第一激光器、第二激光器,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;所述的第一激光器發(fā)出的激光經(jīng)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,最后到達第一光電探測器;另一束由第一二向色鏡反射產(chǎn)生再經(jīng)過全反射鏡反射后到達第二光電探測器;所述的第二激光器發(fā)出的激光經(jīng)過第二二向色鏡反射后沿著第一激光器發(fā)出激光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(tài)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(yōu)選方案:所述的第一激光器為780nm外腔半導體激光器,功率為20uW,所述的第二激光器為420nm外腔半導體激光器,功率為8mW,所述的第一激光器、第二激光器光束直徑為2mm,線寬小于1MHz,連續(xù)調(diào)諧大于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(yōu)選方案:所述的自然態(tài)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(xiàn)有技術(shù)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激光器分別與V型能級結(jié)構(gòu)的原子高激發(fā)態(tài)弱振子強度躍遷線、以及低激發(fā)態(tài)躍遷線頻率對應,激發(fā)高激發(fā)態(tài)的激光其頻率穩(wěn)定可調(diào),但不需要飽和譜那樣掃頻。與低激發(fā)態(tài)對應激光用作探測光,通過原子樣品后由光電探測器記錄數(shù)據(jù)。
[0010]本實用新型所實現(xiàn)的原子速度轉(zhuǎn)移激光光譜測量具有亞多普勒的特征,而且可以消除傳統(tǒng)飽和吸收譜中的多余交叉峰,并且能夠?qū)⒌图ぐl(fā)態(tài)和高激發(fā)態(tài)原子譜同時測量出來。
[0011]基于本實用新型的V型能級結(jié)構(gòu)原子、分子、離子能級躍遷的速度轉(zhuǎn)移激光譜非常有特色,與已有的各種光譜技術(shù)都不同,可以應用于多波長激光穩(wěn)頻,具有重要的應用價值。
[0012]本實用新型適用于銣原子、銫原子等堿金屬原子等對應的基態(tài)與第一、第二激發(fā)態(tài)之間的躍遷能級來實現(xiàn)V型能級結(jié)構(gòu)原子的速度轉(zhuǎn)移激光光譜,也適用于堿土金屬鈣、鍶等原子來實現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型V型能級結(jié)構(gòu)原子的速度轉(zhuǎn)移激光光譜測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是應用本實用新型實施例的V型能級結(jié)構(gòu)原子的速度轉(zhuǎn)移激光光譜實施效果示意圖。
[0015]圖1中:1、第一激光器;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、第二激光器;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(jié)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(jié)構(gòu)原子的速度轉(zhuǎn)移激光光譜測量裝置,包括有第一激光器1、第二激光器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 ;所述的第一激光器發(fā)出的激光經(jīng)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,最后到達第一光電探測器;另一束由第一二向色鏡反射產(chǎn)生再經(jīng)過全反射鏡反射后到達第二光電探測器;所述的第二激光器發(fā)出的激光經(jīng)過第二二向色鏡反射后沿著第一激光器發(fā)出激光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激光器發(fā)出激光呈45度夾角,第二二向色鏡與第二激光器發(fā)出激光呈45度夾角。
[0019]所述的第一激光器為780nm外腔半導體激光器,功率為20uW,所述的第二激光器為420nm外腔半導體激光器,功率為8mW,所述的第一激光器、第二激光器光束直徑為2mm,線寬小于1MHz,連續(xù)調(diào)諧大于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,即對第一激光器發(fā)出的780nm波長的激光具有高透射性,對第二激光器發(fā)出的420nm波長的激光具有高反射性。
[0020]上述兩個激光器帶各自驅(qū)動電流、溫度控制、壓電掃描控制電路,以及用于檢測的探測器等。
[0021]所述的第二激光器5作為泵浦光源,將頻率鎖定在52S1/2,F(xiàn)=3 — 62P3/2,F(xiàn)’=3 ;第一激光器I作為探測光源和頻率參考。第一激光器發(fā)出的780nm激光經(jīng)二向色鏡分成兩束,一束經(jīng)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,與銣原子相互作用后被第二光電探測器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(jīng)第一二向色鏡2透射,經(jīng)過純87Rb的銣原子蒸汽泡時,與反向射來的第二激光器發(fā)出的420nm泵浦激光共同與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(jié)構(gòu)原子的速度轉(zhuǎn)移激光光譜實施效果圖。其中橫坐標是對應的測量激光頻率,縱坐標是測量激光透射率;圖2的(a)部表示420nm泵浦光的頻率鎖定在52S1/2,F(xiàn)=3 — 62P3/2,F(xiàn)’ =3的躍遷線上,銣泡中在激光傳輸方向上速度分量為零的原子就被布居到62P3/2,F(xiàn)’=3態(tài)上。與此同時,考慮多普勒效應的影響,根據(jù)公式Y(jié) = 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(fā)態(tài)62P3/2上。然而,這些速度分量的原子對于780nm探測光來說,根據(jù)多普勒效應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(xiàn)在圖上有52P3/2三個超精細能級。因此,兩個激發(fā)態(tài)之間的超精細光譜相對位置同時出現(xiàn)在光電探測器探測到的信號中,且無多余交叉峰。本實用新型可以同時測量兩個不同頻率能級的光譜,可以用于不同波長激光同時鎖頻。
[0024]圖2的(b)部表示780nm激光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(jié)構(gòu)原子的速度轉(zhuǎn)移激光光譜測量方法與傳統(tǒng)的飽和吸收譜具有本質(zhì)的區(qū)別,因為傳統(tǒng)的飽和吸收譜對于弱振子強度躍遷信號很弱,在多普勒展寬頻率范圍內(nèi)會出現(xiàn)多`余的交叉譜線,在具體的激光穩(wěn)頻應用上反而不利。本實用新型的特色是,在V型能級結(jié)構(gòu)原子上實現(xiàn)速度轉(zhuǎn)移激光光譜測量,將弱振子強度躍遷的譜信息通過原子的速度轉(zhuǎn)移效應,在高振子強度的低激發(fā)態(tài)的激光譜上顯示出來。并且,這樣的譜線同時包含V型能級結(jié)構(gòu)原子的弱振子強度躍遷的譜與高振子強度的低發(fā)態(tài)譜,又沒有多余的交叉線。
[0026]因此,非常明確,本實用新型中所述的速度轉(zhuǎn)移激光光譜技術(shù)在原子譜線的精密測量和激光穩(wěn)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(qū)別在于: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(xiàn)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,而非用于限制本實用新型的范圍。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應當理解,對本實用新型技術(shù)方案進行修改或同等替換,并不能使修改后的技術(shù)方案脫離本實用新型技術(shù)方案的精神與范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種V型能級結(jié)構(gòu)原子的速度轉(zhuǎn)移激光光譜測量裝置,其特征在于:包括有第一激光器、第二激光器,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;所述的第一激光器發(fā)出的激光經(jīng)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,最后到達第一光電探測器;另一束由第一二向色鏡反射產(chǎn)生再經(jīng)過全反射鏡反射后到達第二光電探測器;所述的第二激光器發(fā)出的激光經(jīng)過第二二向色鏡反射后沿著第一激光器發(fā)出激光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(tài)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(jù)權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于:所述的自然態(tài)的被測原子樣品替換為純同位素的被測原子樣品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于:所述的第一激光器為780nm外腔半導體激光器,功率為20uW,所述的第二激光器為420nm外腔半導體激光器,功率為8mW,所述的第一激光器、第二激光器光束直徑為2_,線寬小于1MHz,連續(xù)調(diào)諧大于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(jù)權(quán)利要求1或3所述的裝置,其特征在于:所述的自然態(tài)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(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】凌俐, 畢崗 申請人:浙江大學城市學院
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