论文部分内容阅读
由于激光具有单色性好,方向性好,亮度高,以及相干性强等很多优点,很大程度上提高了激光光谱的分辨率以及探测灵敏度。在光谱发展进程中,饱和吸收光谱、荧光光谱、调制转移光谱以及双光子光谱等,已经在激光稳频、激光冷却/俘获中性原子、冷原子钟等方面得到广泛的实际应用,这些获得光谱的技术大多数集中于基态-激发态的实验中。对中间激发态到更高激发态之间光谱实验研究,同样在理论分析研究和实际应用中具有重要的意义:如为原子能级结构的理论研究提供实验的检验、光纤通讯波段的激光稳频、中性原子的双色激光冷却与俘获、原子滤波器、四波混频、和频率上转换等非线性光学。本学位论文围绕铯原子阶梯型6S1/2-6P3/2-7S1/2和8S1/2（852.3nm+1469.9nm和852.3nm+794.6nm）能级结构,研究了原子激发态光谱和其中的量子相干效应,并将其用于原子激发态超精细结构常数的测量和激光稳频,主要工作从以下几个方面介绍:1)绝大多数原子激发态的光谱技术,均需将位于基态的原子布居在中间激发态。为此,实验上首先获得了铯原子基态6S1/2（F=3）-6P3/2和6S1/2（F=4）-6P3/2的两套光谱曲线形状相似的饱和吸收光谱,提出了一种简易的区分这两套谱线的方案（不再借助于波长计的测量）,并且利用其将852.3 nm激光器的频率锁在6S1/2-6P3/2的某一对超精细能级跃迁线上,实现了中间激发态6P3/2上超精细能级的原子布居,为后续各种激发态光谱的获得及相干效应研究奠定了实验基础。2)基于铯原子6S1/2-6P3/2-7S1/2（852.3nm+1469.9nm）的能级结构,利用光学双共振吸收光谱（OODR）及电光调制（EOM）边带技术,我们提出了一种精密测量原子激发态能级结构及其相关物理常数的方法,用于铯原子7S1/2态的磁偶极超精细常数的测量,结果为Ahfs=（545.93±0.06）MHz,与文献中报道的结果一致。3)基于铯原子6S1/2-6P3/2-8S1/2（852.3nm+794.6nm）能级系统,实验上获得了双共振光抽运光谱（DROP）,简单研究了852.3nm、794.6nm两激光束在不同偏振组合、及同/反向实验构型下对DROP光谱的影响。当852.3nm和794.6nm激光束反向重合作用于铯原子介质时,由于存在量子相干效应致使DROP光谱较同向构型的DROP光谱线宽更窄。4)基于铯原子6S1/2-6P3/2-8S1/2能级系统,对激发态双色偏振光谱（TCPS）进行细致的研究:实验测量了各种实验参数如激光的偏振、频率失谐、强度,和同反向实验构型等对TCPS的影响;实验结果表明,同DROP光谱一样,由于阶梯型能级系统中的量子相干效应,导致反向时TCPS光谱线宽更窄;发展了不同探测方式下（频率锁定的852.3nm激光作为探测光）的TCPS,提高了TCPS光谱的信噪比;最后,将TCPS光谱用于794.6nm半导体激光器的频率锁定,有效地改善了其频率稳定度。