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四波混频光谱术的研究

作　者: 李隆
导　师: 苗润才
学　校: 陕西师范大学
专　业: 光学
关键词: 非简并四波混频超快调制光谱 Rydberg原子
分类号: O437
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

自激光发明以后，光与物质的强相互作用便引起人们广泛的关注。而四波混频作为一种重要的三阶非线性效应从70年代以来一直引起人们的注意。四波混频光谱与一般光谱（如自发喇曼散射光谱等）相比具有许多的优点。光谱的获得基于是相干光之间的四波混合，光谱的讯息存在于混频过程中产生的相干光之间。因此这种光谱具有高灵敏度和高分辨率。四波混频光谱作为一种高分辨率非线性光谱技术是研究探测物质的共振及瞬态性质的重要手段，在原子能级的测量上具有独特的优越性。可以广泛的应用于固体、液体、气体介质的光谱研究中，也可以用来把可调谐相干光源的频率范围扩展到红外和紫外。四波混频光谱由于其独特的研究方式成为非线性光学中重要的研究手段，自相位共轭、相干辐射的频率范围扩展方法、瞬态四波混频等方法均受到人们的日益关注。中国科学院物理所光学组叶佩弦、米辛、傅盘铭、俞祖和等从事四波混频光谱术的研究已有近几十年的历史，不间断的努力获得了丰硕的科研成果。其成果涉及诸多研究领域，在国际上享有很高的知名度，在国内一直处于领先地位。著名激光光谱学者哥仑比亚大学Hartmann教授给与了高度的赞誉“虽然光子回波和四波混频的研究在60年代早期已有所发展，但它们之间的直观联系只是最近通过叶（佩弦）和沈（元壤）的工作才得到确认”。他们组的系列研究成果──非线性光学新效应“四波混频光谱术”其应用，在1997年3月获得国家技术专利，专利号为：92100608。本文的整个工作是在中科院物理所做的。作为此次实验项目的实施者，所有的工作都得到了傅盘铭、米辛、俞祖和等组内老师的悉心指导和帮助。研究工作包含以下几个方面内容：首先总结了近几年四波混频光谱术、超快调制光谱的研究动态和研究成果。并跟随傅盘铭研究员进行了四波混频光谱术、超快调制光谱的理论和实验技术的系统研究；其次我们将四波混频光谱术应用到钠的Rvuberg原子的研究中。在热管炉中，钠蒸汽内进行了一系列的非简并四波混频实验研究。在实验上，我们得到与预期理论计算相符合的、稳定的、钠高激发态的Rgdberr态系列光谱，高激发态的Rydberg原子的缀饰态光谱，另外还就其某一条谱线的饱和光谱、缓冲气体压力增宽效应进行了实验研究。这些实验研究技术都是以前Rgdberr态光谱科研技术中未涉及的，在国际上属于首次发现和应用。最后我们对钠的高激发Rydberg态的非简并四波混频光谱，高激发态的Rgdberr原子的六波混频缀饰态光谱，某一条谱线的饱和光谱、缓冲气体压力增宽效应光谱进行了理论研究和论证。在钠蒸汽的Rvdberg原子的研究中采用的实验技术是非简并四波混频方法。非简并四波混频方法基于气体介质的三阶非线性光学效应。这种方法经常被用来探测物质的共振及瞬态性质，并且所得到的四波混频光为相干信号光，由于是完全的消多普勒效应和相位匹配的，因此具有强方向性、探测灵敏度高、信噪比好等特点，其优越性是以往传统研究Rgdberr原子方法，如荧光光谱法、场电离法等无法比拟的，是研究原子高激发态的Rydberg态光谱的新方法，可以作为一种科学研究技术进行推广使用。特别是研究Rydberg态原子缀饰态采用的六波混频技术，目前正应用于钡的Rydberg态原子缀饰态研究中。六波混频技术是采用差频方法，因此具有完全的相位匹配和消多普勒增宽，是全新的光谱学方法，可以进行全方位推广应用，如用可见光方法替代紫外光研究原子的Rgdberr态，可获得高能态系列光谱；在液体中研究喇曼共振光谱；在固体中研究光学声子探测等多方面的发展，必将引起国际混频技术研究的又一次新的浪潮。

全文目录

  3-4
  4-5
  5
  5-7
第一章四波混频光谱术的研究  7-41
  1.1 四波混频光谱  7-13
  1.2 双光子吸收光谱  13-20
  1.3 双光子跃迁的超快调制光谱  20-39
  1.4 本文的工作  39-41
第二章非简并四波混频术实验研究  41-63
  2.1 热管炉温度控制及实际温度矫正  42-44
  2.2 染料激光器调整  44-49
  2.3 钠的吸收光谱测定  49-51
  2.4 光路调节  51-54
  2.5 钠的里德伯原子的研究  54-58
  2.6 钠的里德伯原子缀饰态研究  58-60
  2.7 谱线压力展宽研究  60-61
  2.8 信号饱和光谱测定  61-63
第三章非简并四波混频的理论研究  63-76
  3.1 非简并四波混频研究钠的Rydberg原子  63-70
  3.2 钠的里德伯原子谱线压力展宽的研究  70-72
  3.3 钠里德伯原子饱和光谱线的测定  72-73
  3.4 钠里德伯原子缀饰态的研究  73-76
第四章结论与展望  76-77
附录密度矩阵  77-81
致谢  81-83
  83-84

四波混频光谱术的研究

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