飽和吸收光譜（Saturated Absorption Spectroscopy, SAS）作為突破多普勒展寬限制的高分辨率光譜技術(shù),，在原子分子物理,、精密測量等領(lǐng)域具有重要價(jià)值,。本文簡要闡述了飽和吸收光譜的工作原理、以及我們?nèi)绾问褂?80nm DFB掃出 85Rb的飽和吸收光譜,。
什么是原子吸收光譜,？當(dāng)入射光波長與原子基態(tài)到激發(fā)態(tài)躍遷能量匹配時(shí)，原子外層電子吸收光子能量發(fā)生躍遷,，導(dǎo)致入射光強(qiáng)度顯著衰減,，形成吸收峰。該過程遵循量子力學(xué)選擇定則,，僅允許特定能級(jí)間的躍遷,。
原子吸收峰并非嚴(yán)格單色,，其半高寬受以下因素影響：
?自然展寬?（10-5 nm量級(jí)）：由激發(fā)態(tài)有限壽命導(dǎo)致的能量不確定性,，符合海森堡測不準(zhǔn)原理。
?多普勒展寬?（10-4 ~ 10-3 nm量級(jí)）：原子熱運(yùn)動(dòng)引發(fā)波長偏移,，使得原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)被掩蓋,，無法觀察。例如,，室溫下銣原子的多普勒展寬可達(dá)數(shù)百M(fèi)Hz?,。
多普勒展寬影響了我們對(duì)原子精細(xì)結(jié)構(gòu)的探測。因此,，人們提出了飽和吸收光譜這種解決方案,，可以克服多普勒展寬對(duì)原子光譜的影響。
我們的飽和吸收光譜光路結(jié)構(gòu)圖如下所示,。首先，采用780nm的DFB作為光源,，結(jié)合任意波形發(fā)生器（AFG）的鋸齒波調(diào)制進(jìn)行電流調(diào)制掃頻,，確保激光的頻率可以掃過85Rb的D2線。然后,，通過1/2波片和PBS的組合,，將光束一分為二，同時(shí)控制兩束光的功率比例,。一般來說,，pump光的功率要遠(yuǎn)大于probe光。通過控制一對(duì)反射鏡,，讓pump光正好反向打回Rb原子氣室,，和probe光全共線。probe光則正向通過氣室,，穿過PBS,，由PD采集電壓信號(hào),。
最終,，我們可以在示波器上看到85Rb的飽和吸收信號(hào),。
85Rb F=3躍遷至F’=2,，3,，4與交叉峰局部放大圖
85Rb飽和吸收信號(hào)
設(shè)備介紹：
AFG:任意函數(shù)發(fā)生器,，是一種能生成任意波形的信號(hào)源。我們使用的設(shè)備是TEK的AFG31052,，利用它生成鋸齒波,。
780nm DFB：這是一種基于分布反饋（DFB）結(jié)構(gòu)的窄線寬半導(dǎo)體激光器，其中心波長為780nm,，通過調(diào)制它的泵浦電流就可以實(shí)現(xiàn)掃頻,，廣泛應(yīng)用于銣原子量子計(jì)算、原子重力儀及精密測距等領(lǐng)域,。
1/2波片：又叫半波片,，是一種基于雙折射原理的光學(xué)相位延遲片，可以對(duì)線偏光的偏振態(tài)進(jìn)行控制,，廣泛應(yīng)用于激光偏振調(diào)控,、光通信及量子光學(xué)領(lǐng)域?。
PBS：偏振分束器,，是一種基于雙折射或介質(zhì)膜干涉原理的光學(xué)元件,，能夠?qū)⑷肷涔獍雌駪B(tài)正交分離為透射的P偏振光與反射的S偏振光，消光比可達(dá)1000:1以上,，配合1/2波片控制入射光的偏振態(tài),，可以調(diào)控分出兩束正交光的功率比例。
85Rb氣室：裝有85Rb的密封玻璃氣室,，對(duì)氣室加熱至60℃左右,，確保氣室內(nèi)的Rb不凝固在玻璃上。
反射鏡：需要一對(duì)反射鏡,，才能確保pump光可以和probe光共線反向,。
PD：光電探測器，將光功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并實(shí)時(shí)輸出,。
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