飽和吸收光譜是一種測(cè)量原子吸收光譜的技術(shù)飽和吸收光譜的特點(diǎn)是茅茂，吸收光譜信號(hào)的半高寬沒有被多普勒展寬，僅僅由所涉及的原子能級(jí)躍遷的線寬和激光強(qiáng)度決定太抓。常被運(yùn)用于激光穩(wěn)頻的頻率標(biāo)準(zhǔn)以及激光冷卻等冷原子方面空闲。
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飽和吸收光譜簡(jiǎn)介
飽和吸收光譜是一種獲得消除多普勒展寬的激光光譜方法，在1981年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中被提及走敌，隨后被應(yīng)用于激光冷卻捕獲原子和玻色-愛因斯坦凝聚實(shí)驗(yàn)中碴倾，廣泛應(yīng)用于激光頻率標(biāo)準(zhǔn)，可以用于半導(dǎo)體激光器的穩(wěn)頻，以及激光冷卻等方面跌榔。當(dāng)激光器輸出的激光經(jīng)過原子蒸氣后异雁，會(huì)發(fā)生吸收現(xiàn)象，當(dāng)光子的頻率和原子的超精細(xì)能級(jí)共振時(shí)矫户，會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的共振吸收片迅。失諧為0時(shí)，吸收z大皆辽。原子靜止時(shí)柑蛇，吸收峰的半高寬與原子躍遷線的自然線寬相當(dāng)，約MHz量級(jí)驱闷，并且原子的能級(jí)十分穩(wěn)定耻台，因此共振吸收峰能夠作為理想的激光穩(wěn)頻基準(zhǔn)頻率。
87Rb原子的超精細(xì)能級(jí)結(jié)構(gòu)
但是由于在室溫下原子進(jìn)行強(qiáng)烈的熱運(yùn)動(dòng)空另，運(yùn)動(dòng)速度在一個(gè)很大的范圍內(nèi)分布盆耽，多普勒效應(yīng)就很明顯了。對(duì)于某一頻率的激光扼菠，不同速度的原子“感受”的頻率是不同的摄杂，這導(dǎo)致了激光的頻率在很大范圍內(nèi)都會(huì)有相應(yīng)的原子發(fā)生吸收，使吸收峰被展寬到原子平均速度的的多普勒移頻量級(jí)循榆，約幾百M(fèi)Hz析恢。并且對(duì)于距離較近的躍遷線，在這個(gè)展寬下會(huì)被合并到一起秧饮，吸收峰進(jìn)一步被展寬映挂。正是因?yàn)槎嗥绽照箤挘拥奈兆V線寬比起外腔半導(dǎo)體激光器的線寬大了兩到三個(gè)數(shù)量級(jí)盗尸，無法用于穩(wěn)頻柑船。需要在多普勒背景下使原子的超精細(xì)能級(jí)結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)出來，這即是飽和吸收光譜法泼各。
飽和吸收現(xiàn)象演示圖
利用了原子與激光共振時(shí)的一些非線性效應(yīng)鞍时。如圖所示光路，一束強(qiáng)光（紅色實(shí)線扣蜻，也稱泵浦光）和一束弱光（黑色虛線逆巍，也稱探測(cè)光）沿同一直線相反方向穿過原子氣池（為了演示清楚，圖中分開了一個(gè)角度）弱贼，這兩束光頻率相同蒸苇。當(dāng)原子池中原子同時(shí)受到相向傳播的兩列光作用時(shí)，對(duì)于頻率 
（基態(tài)原子某一超精細(xì)躍遷共振頻率）的泵浦光吮旅，可以將具有同樣速度的基態(tài)原子幾乎全部都激發(fā)到激發(fā)態(tài)上（或其他基態(tài)上）溪烤，使吸收達(dá)到飽和味咳。這時(shí)對(duì)于探測(cè)光，沒有對(duì)于的原子來共振吸收檬嘀，預(yù)期的吸收不存在槽驶，弱光束可以幾乎無損的通過原子蒸氣。只有速度為或者方向與光束垂直的原子即對(duì)光沒有多普勒效應(yīng)的原子會(huì)同時(shí)和兩束光共振鸳兽，引發(fā)飽和吸收現(xiàn)象掂铐。通過光電探測(cè)器接收后，呈現(xiàn)在示波器上的功率曲線則為吸收峰的狀態(tài)揍异。
銣原子D1線的飽和吸收光譜
此外在兩個(gè)超精細(xì)躍遷線的中間全陨，也存在交叉共振吸收峰，其產(chǎn)生的原理同樣是多普勒效應(yīng)衷掷。若原子以速度v運(yùn)動(dòng)辱姨，方向與泵浦光相反，泵浦光與探測(cè)光頻率均為
戚嗅，由于多普勒效應(yīng)雨涛，該原子“感受”到的泵浦光頻率 
以及探測(cè)光頻率
，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)原子來說兩束光的多普勒移頻量是相等的懦胞。當(dāng)激光頻率在兩個(gè)共振頻率中間時(shí)
替久，如果原子的多普勒移頻足夠大，使得其被泵浦光在
躍遷頻率上共振吸收躏尉，而被方向相反的探測(cè)光在躍遷頻率
上共振吸收蚯根，但泵浦光強(qiáng)很大，于是就產(chǎn)生和速度原子一樣的飽和吸收的效果醇份。稼锅。此外吼具，在有些光路搭建時(shí)僚纷，除了泵浦光和探測(cè)光外，在泵浦光入射到原子池之前拗盒，會(huì)通過分光棱鏡等怖竭，額外分出一束光，直接透過原子池陡蝇，稱為參考光痊臭，信號(hào)中只包含多普勒吸收信號(hào)。借助參考光登夫，通過差分放大器將飽和吸收信號(hào)中的多普勒吸收曲線的本底消去广匙。這樣可以大大提高飽和吸收信號(hào)的信噪比，提高穩(wěn)頻的穩(wěn)定性恼策。
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