饱和吸收光谱实验
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1、科学素养
饱和吸收谱是原子物理中的基础物理之一。它的学习可以关联精密光谱、超冷原子冷却和囚禁、精密测量等重要的研究。
2、分层次实验教学内容
a)基础内容(8学时)
- 知识点:多普勒吸收,饱和吸收谱,pump-probe光泵浦-探测技术;
- 基本方法及其原理:两能级pump-probe饱和吸收谱原理;
- 设备仪器操作:外腔式半导体激光器,亚pm分辨率波长计,无压强展宽的原子蒸气室,锁相放大器,信号发生器(选),示波器,光电探测器,反射镜,玻片,PBS;
基本要求
- 掌握概念:无多普勒展宽光谱;
- 掌握用外腔式激光器实现多普勒吸收、饱和吸收谱先的实现;
- 了解三能级pump-probe饱和光谱,包括delta和lambda两种类型;
- 了解用锁相放大器结合频率调制光谱技术获得更为纯净的饱和吸收谱曲线;
b)提升内容 (4学时)
- 知识点:激光器频率调制下的饱和吸收谱(Frequency Modulation Spectroscopy:FMS);
- 基本方法及其原理:对激光器的电流进行快速调制,实现激光器频率的频率调制,然后pump-probe饱和吸收谱和锁相调制解调技术,实现FMS;
- 设备仪器操作:外腔式半导体激光器,亚pm分辨率波长计,无压强展宽的原子蒸气室,锁相放大器,信号发生器(选),示波器,光电探测器,反射镜,玻片,PBS;
基本要求
- 掌握运用FMS;
c)进阶内容(4学时)
- 知识点:原子饱和吸收谱随光强的变化;
- 基本方法及其原理:光强越强时,不仅原子对光的吸收率会减低,而且吸收的频率范围会被展宽。运用FMS技术可以准确的测量这种频率的展宽;
- 设备仪器操作:外腔式半导体激光器,亚pm分辨率波长计,无压强展宽的原子蒸气室,锁相放大器,信号发生器(选),示波器,光电探测器,反射镜,玻片,PBS;
基本要求
- 掌握运用FMS研究光强对饱和吸收谱的展宽;
d)高阶内容(8学时)
- 知识点:运用原子饱和吸收谱、FMS、PID实现激光频率的锁定;
- 基本方法及其原理:FMS结合饱和吸收谱可以取得比较高信噪比的频谱,结合PID的反馈技术,实现激光频率的锁定;
- 设备仪器操作:外腔式半导体激光器,PID 模块,亚pm分辨率波长计,无压强展宽的原子蒸气室,锁相放大器,信号发生器(选),示波器,光电探测器,反射镜,玻片,PBS;
基本要求
- 掌握基本的激光频率锁定技术;
3、能力培养
- 排错能力与迭代改进能力;
- 团队协作能力;
- 公式模型与实验结合能力;
- 探索科学研究的初步能力;
- 自主研究的能力
4、知识点
- pump-probe饱和吸收谱
- 多能级饱和吸收谱
- FMS
- 频率展宽
- 负反馈频率锁定
5、学科关联
- 原子物理
- 超冷原子物理
- 量子物理
- 精密测量
- 反馈控制
- 锁相放大器
- 光电探测
- 几何光学
- 激光原理
6、延伸实验
- 激光线宽测量
- 精密原子检测
- 超冷原子囚禁与冷却
- 单频激光干涉