Podsumowanie W9. Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2003/04. wykład 12 1

Transkrypt

1 Podsumowanie W9 Obserwacja przejść rezonansowych wymuszonych przez pole EM jest moŝliwa tylko, gdy istnieje róŝnica populacji. Tymczasem w zakresie fal radiowych poziomy są prawie jednakowo obsadzone. Wygodną metodą wytwarzania nierównowagowych rozkładów populacji jest pompowanie optyczne (zasada zachowania krętu w oddz. atom-pole). Pompowanie optyczne umoŝliwia wytwarzanie makroskopowej magnetyzacji gazów atomowych (cząsteczkowych) oraz czułą detekcję przejść rezonansowych (podwójny rezonans). Interferencja kwantowa stanów w atomowych -) umoŝliwia pomiar struktur poz. energetycznych (dudnienia kwantowe, spektroskopia przecinania poziomów) oraz czasów Ŝycia stanów atomowych (skrzyŝownie poziomów w zerowym polu ef. Hanlego) -) jest podstawą metody Ramseya dla pomiarów spektroskopowych bez poszerzenia przez czas przelotu -) analogia do interferencji w klasycznej optyce falowej (dośw. Younga, interferometr Macha-Zehndera) Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 003/04. wykład

2 Spektroskopia laserowa Lasery 965: Basow, Prochorow, Townes za co kochamy lasery? - monochromatyczność - kolimacja - spójność - intensywność (spektralna i przestrzenna gęstość energii) Ch.H. N.G. A.M. Townes, Basow, Prochorow Zastosowania w klasycznej spektroskopii np. absorpcyjnej: T I 0 I det e κ ( λ ) L źródło lampa spektr. I 0 ħ próbka spektroskop/ monochromator T detektor -ogranicz. zdoln. rozdz. (szer.instr.) -ogr. czułość (droga opt.) np. widmo Fraunhoffera λ λ Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 003/04. wykład

3 Lasery w spektroskopii klasycznej lampa spektr. próbka detektor spektroskop/ monochromator laser przestraj. próbka detektor monochromatyczność zwiększenie zdolności rozdziel. ( instr doppler ) T T λ λ kolimacja zwiększ. czułości (drogi opt.) Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 003/04. wykład 3

4 Laserowa spektroskopia bezdopplerowska 98, N. Bloembergen, A. Schawlow. Spektroskopia nasyceniowa. Spektroskopia dwufotonowa Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 003/04. wykład 4

5 Nasycenie: słabe pole EM (mało fotonów/sek) τ śr. populacje /I silne pole EM (duŝo fotonów/sek) /I ubytek fotonów spektro.abs. κ ( λ ) L κ N N rozproszenie fot. fluorescencja spektro. emisyjna I I 0 e oscylacje Rabiego τ śr. populacje κ 0 κ ( I ) α + I κ 0 próbka prawie przezroczysta 0 0 I Nasycenie absorpcji (przejścia) przez silne pole Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 003/04. wykład 5

6 Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 003/04. wykład 6 Selekcja prędkości 0 Lab υ r r k ef. Dopplera: rozszerzenie dopplerowskie D e 0 Lab 0 Lab υ 0 ) ( ) ( + τ t f i t P prawdopodobieństwo absorpcji fotonu

7 Selekcja prędkości c.d. słabe pole N (υ z ) N N e E k T B silne pole N (υ z ) 0 kυ z N (υ z ) e 0 kυ z υ ku k z ku k B M T 0 kυ z N (υ z ) 0 kυ z υ z L k 0 nasycenie wybranej grupy atomów dla wiązki o częstości L w rezonansie są atomy o prędkości (selekcja prędkości) Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 003/04. wykład 7

8 gdy wiązka laserowa przestrajana wokół 0 nasycane róŝne klasy prędkości zmniejszenie kontrastu widma abs. i poszerzenie linii bo κ N N T 0 kυ z 0 gdy wiązki (słaba + silna) laser przestrajalny Wzmac. fazoczuły w. próbkująca ( k) w. nasycająca (+k) próbka detektor Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 003/04. wykład 8

9 Eliminacja poszerzenia dopplerowskiego:. Spektroskopia saturacyjna +k k κ N N L υ L 0 z k T /τ 0 kυ z 0 υ L 0 z + k kalibracja skali!!! D 0 Laser Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 003/04. wykład 9

10 . Spektroskopia dwufotonowa Reguły wyboru dla jednofotonowych przejść E (El-dipol.) zmiana parzystości między stanami o tym samym l potrzeba n fotonów małe prawdopodobieństwo moŝliwe tylko dla silnych pól EM Parity (+) (+) ħ ħ E E ħ( + ) Ef. Dopplera + ZałoŜenie υ ħ( k υ) ħ( + k υ) ħ( + k υ k υ) ħ N () N () kompensacja ef. D. niezaleŝnie od υ! wszystkie atomy dają wkład nadrabiane małe prawdopodobieństwo N () Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 003/04. wykład 0

11 Wielkie eksperymenty, c.d. pomiar przes. Lamba S E C l 4 α( Zα) mc 3 π n H β H α w dośw. L.-R. pomiar względny: przesunięcie S wzgl. P Ly α w stanie S przesunięcie 8x większe! ale brak poziomu referencyjnego Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 003/04. wykład

12 wzór Balmera duŝe regularności widm: E n R n autokalibracja widm: Ly 4 H λ(ly α ),5 nm λ(h β ) 486 nm 4 λ(ly α ) λ(h β ) Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 003/04. wykład

13 Równoczesny pomiar widma H β i Ly α (przes. L. S) laser barwnikowy laser N 486 nm H S.5 P ampl. 43 skala częst. x 43 nm 43 nm H Ly α H β S86±9 MHz Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 003/04. wykład 3