Cs(6P)激发态的辐射及与N2碰撞的能量转移

应用激光吸收和荧光方法,测量了Cs(6P)态与N2碰撞的精细结构转移和碰撞猝灭截面。Cs原子被激光激发到6P3/2态,将与泵浦激光束反向平行的检测激光束调到6PJ→8S1/2的跃迁,测量了6PJ激发态的密度及空间分布,由此计算了6PJ→6S的有效辐射率。在T=337 K(蒸气压公式给出Cs密度N0=1.25×1012cm-3)和N2密度2×1016相似文献   

Cs-He混合蒸气中的辐射陷获效应和6P3／2能级有效辐射率的测量

测量了Cs-He混合蒸气中Cs(6P3/2)共振能级的有效辐射率,圆柱形样品池充入金属Cs和气压PHe为0~500Pa的He,样品池温度控制在330~370K之间,在池中产生1012~1013cm-3的Cs原子密度,使用单模半导体激光器(泵浦激光)将Cs原子激发至6P3/2态,另一调谐到6P3/2→8S1/2的单模激光束(检测激光)与泵浦束反平行通过样品池,并在池的直径方向平行移动,通过对检测激光束的吸收测定了激发态原子密度及其空间分布。由于辐射陷获存在,有效辐射率是自然辐射率与透射因子(发射的光子在探测区域内没有被吸收的平均概率,它与吸收截面及激发态原子密度和空间分布有关)的乘积。由6P3/2原子密度及其空间分布结合6P3/2←6S1/2跃迁线的碰撞增宽计算了透射因子,从而得到了不同He气压下,CsD2线的有效辐射率。从6P3/26→S1/2跃迁线强度I852的测量,得到的不同He气压下有效辐射率的比值与理论计算得到的比值相符。     

激光激发Cs+H_2系统形成CsH分子机理的实验研究

在Cs-H2混合系统中用激光将Cs原子激发到6P3/2能级,研究了CsH分子的形成机制.利用光学吸收法得到6P3/2态的密度及其空间分布,能量合并过程6P3/2+6P3/2→6D+6S1/2产生6D态原子;猝灭过程Cs(6P3/2)+H2(v=0)→Cs(6S1/2)+H2(v=2)产生H2(v=2)态.由6P3/2态原子密度及6D→6P3/2与6P3/2→6S1/2的荧光比得到碰撞能量合并速率系数,在不同的H2密度下,测量了转移荧光强度I895,得到了H2(2,J)态的产生速率系数kH2(2,J)=1.     

Cs蒸气中的碰撞能量合并和6P3/2和6P1/2间的激发转移

通过激发转移和碰撞能量合并研究了Cs(62P)精细结构混合.单模半导体激光器激发基态Cs原子至6P3/2态,直接荧光是由6P3/2态发射的,敏化荧光是由精细结构碰撞转移和碰撞能量合并产生的.由相对荧光强度得到了转移截面σ(6P3/2→6P1/2)=(1.5±0.5)×10-15cm2,与其它实验结果进行了比较.     

Cs(6DJ)+Cs(6S1/2)非弹性碰撞转移截面的测定

在9×1014～2.1×1015cm-3 Cs密度范围内,利用脉冲激光双光子激发Cs(6S1/2)到Cs(6D5/2)态,使用原子荧光光谱方法,通过三能级模型的速率方程分析,由对直接荧光和转移荧光的时间积分强度的测量,得到6D5/2→6D3/2精细结构转移截面为(2.1±0.4)×10-14cm2,而6D3/2态向6D以外态的转移截面为(1.6±0.4)×10-14cm2,它应是过程Cs(6 D3/2)+Cs(6S)→Cs(6P)+Cs(6P),6D3/2→7P3/2和6D3/2→7 P1/2碰撞转移截面之和.第二个实验可以得到6 D3/2→7P3/2和6D3/2→7 P1/2的碰撞转移截面.在1×1012～6×1012cm-3的低密度Cs蒸气中,激光双光子激发6S至6D3/2或6D5/2态,测量6DJ→6PJ'与7PJ"→6S1/2的时间积分荧光强度比,得到6D3/2→7P1/2与6D5/2→7R3/2的碰撞转移截面分别为(7.6±2.4)×10-15cm2与(1.6±0.5)×10-15cm2.由此得到碰撞能量合并的逆过程即[Cs(6D3/2)+Cs(6S1/2)→Cs(6P)+Cs(6P)]的转移截面为(1.3±0.4)×10-14cm2.     

Cs(8D,9D)+Na(3S)碰撞激发转移过程

此文报道异核Cs(8D,9D)+Na(3S)→Cs(6P)+Na(3P)的碰撞能量转移过程.两步激发Cs原子到9D3/2(8D3/2)态.应用双调制技术探测Na(3PJ)原子发射的荧光,基态Na原子密度用光学吸收方法测量.得到了REP率系数,讨论了其它过程对率系数的影响.     

高位K2(1∧g) 与基态原子的碰撞转移

在K原子密度约为0.5－5×1016cm-3的样品池中,脉冲激光710nm线双光子激发K2基态到高位1∧g 态,研究了K2( 1∧g)+ K(4S)碰撞转移过程。K原子密度由测量KD2线蓝翼对白光的吸收得到。测量不同K密度下 1∧g态发射的时间分辨荧光强度,它是一条指数衰减曲线,由此得到1∧g态的有效寿命,从描绘出的有效寿命倒数与K原子密度关系直线的斜率得到1∧g 态总的碰撞猝灭截面为 ,从截距得到的辐射寿命为 。测量了K的6S →4P3/2和4D→4P3/2 在不同K密度下的时间积分荧光强度,得到了K2( )+K→K2( )+K（6S,4D）碰撞转移截面为 （对转移到6S）和 （对转移到4D）。     

低He气压下Rb(5P3/2)激发态有效辐射率的计算与测量

计算和测量了Rb-He混合蒸气中Rb(5P3/2)共振能级的有效辐射率,使用单模半导体激光器(泵浦激光)将Rb原子激发至5P3/2态,另一调谐到5P3/2→7S1/2的单模激光束(检测激光)与泵浦束反平行通过样品池,并在池的直径方向平行移动,通过对检测激光束的吸收测定了激发态原子密度及其空间分布.由于辐射陷获存在,有效辐射率是自然辐射率与透射因子(发射的光子在探测区域内没有被吸收的平均概率,它与吸收截面及激发态原子密度和空间分布有关)的乘积.5P3/2原子密度及其空间分布结合5P3/2←5S1/2跃迁线的碰撞增宽计算了透射因子,从而得到了不同He气压下,Rb D2线的有效辐射率.从5P3/2→5S1/2跃迁线强度I780的测量,得到的不同He气压下有效辐射率的比值与理论计算得到的比值相符.     

激发态Cs原子间碰撞能量转移截面

在Cs蒸气密度为1013?cm-3量级范围内,研究了6P3/2+6P3/2→6DJ+6S碰撞能量合并过程.利用单模半导体激光器共振激发6P3/2态,利用另一与泵浦激光束反向平行的单模激光束作为吸收线探测激发态原子密度及其空间分布,吸收线调至6P3/2→8S1/2跃迁,并可平行于泵浦激光束移动.由激发态原子密度和谱线的荧光强度比得到碰撞能量合并的截面.碰撞转移到6D5/2和6D3/2的截面分别是(4.1±1.8)×10-15和(2.2±1.0)×10-15?cm2.与其它实验结果进行了比较.     

Cs原子6P→7P态能量积聚效应的温度特性研究

利用外腔半导体激光器852.1nm激光将Cs原子共振激发到6P态,对Cs原子6P→7P态能量积聚效应的温度特性进行了实验研究.随温度的升高,共振荧光强度增大,同时双峰间隔增大,并作了分析和讨论 关键词： Cs原子 能量积聚效应 外腔半导体激光器 共振荧光     

存在缓冲气体的Cs蒸气中的三体碰撞

本文研究了Cs(6P3/2) Cs(6P3/2) He→Cs(4FJ) Cs(6S1/2) He的碰撞能量转移过程.在温度为337～357 K,利用单模半导体激光器共振激发Cs原子至6P3/2态,利用另一与泵浦激光束反向平行激光束作为吸收线探测6P3/2态原子密度及其空间分布.缓冲气体增大了两个6P3/2原子间的能量转移,这可从测量由两个Cs(6P3/2)原子碰撞而被布居的4FJ态所发射的荧光得到证实.得到三体碰撞速率系数为(1.35±0.18)×10-27 cm6s-1,(2.22±0.21)×10-27 cm6s-1.     

Cs(6P)+(Ne,N2)碰撞能量转移

在气体样品池条件下,研究了Cs(6P3/2) (Ne,N2)碰撞能量转移过程.用调频半导体激光器激发Cs原子至Cs(6P3/2)态,在不同的Ne或N2气压下,测量了直接6P3/2→6S1/2荧光和转移6P1/2→6S1/2荧光,对于6P3/2与Ne的碰撞,电子态能量仅能转移为Ne原子的平动能.在与N2的碰撞中,向分子振转态的转移是重要的.利用速率方程分析,可以得到碰撞转移速率系数,对于Ne,6PJ精细结构碰撞转移速率系数为1.45×10-12cm3·s-1.对于N2,测量6P Ne和6P N2二种情况下荧光的相对强度比,确定精细结构速率系数为1.64×10-12cm3·s-1,6P态猝灭速率系数为4.88×10-12cm3·s-1.     

Rb(5P)激发态的辐射及与N2碰撞的能量转移

应用激光吸收和荧光方法,测量了Rb(5P)态与N2碰撞的精细结构混合和碰撞猝灭截面.Rb原子被激光激发到5P3/2态,将与泵浦激光束反向平行的检测激光束调到5PJ→7S1/2的跃迁,测量5PJ激发态的密度及空间分布,由此计算了5PJ→5S的有效辐射率,在T=340K和N2密度0.5×1016＜N＜4×1016cm-3范围内测量了5P1/2→5S1/2(794nm)发射的敏化荧光强度I794,量N/I794与N有抛物线型的关系,表明了5PJ的猝灭是由于与N2分子的碰撞产生的,而不是由与Rb基态原子碰撞产生的.由最小二乘法确定的二次多项式的系数得到5P态与N2碰撞精细结构混合截面σ3/2→1/2=(10.43±3.54)×10-16cm2,猝灭截面σD=(9.8±3.4)×10-16cm2.与在不同的实验条件下得到的结果在误差范围内一致.     

高位K2(1Λg) 与基态原子的碰撞转移

在K原子密度约为0.5～5×1016cm-3的样品池中,脉冲激光710 nm线双光子激发K2基态到高位1Λg态,研究了K2(1Λg)+ K(4S)碰撞转移过程.K原子密度由测量KD2线蓝翼对白光的吸收得到.测量不同K密度下1Λg态发射的时间分辨荧光强度,它是一条指数衰减曲线,由此得到1Λg态的有效寿命,从描绘出的有效寿命倒数与K原子密度关系直线的斜率得到1Λg态总的碰撞猝灭截面为(2.1±0.2)×10-14cm2,从截距得到的辐射寿命为(22±2)ns.测量了K的6S →4P3/2和4D→4P3/2在不同K密度下的时间积分荧光强度,得到了K2(1Λg)+K→K2(11∑ +g)+K(6S,4D)碰撞转移截面为(1.5±0.3)×10-15cm2(对转移到6S)和(8.5±3.0)×10-15cm2(对转移到4D).     

铯原子nP_(3/2)(n=70—94)里德伯态的紫外单光子激发及量子亏损测量

基于成熟的光纤激光器、光纤放大器及高效激光频率转换技术,我们在实验中研制了一套瓦级输出的窄线宽连续波单频可调谐318.6 nm紫外激光系统,并在室温铯原子气室中实现了6S_(1/2)—nP_(3/2)(n=70—94)单光子跃迁里德伯激发.借助由铯原子6S_(1/2)(F=4)基态、6P_(3/2)(F′=5)激发态和nP_(3/2)(n=70—94)里德伯态构成的V型三能级系统,通过频率锁定于铯原子6S_(1/2)(F=4)—6P_(3/2)(F′=5)超精细跃迁的852.3 nm探测光束的吸收减弱信号获得了里德伯态的信息,并利用高精度波长计测量了铯原子nP_(3/2)(n=70—94)里德伯态的量子亏损值.经过与理论计算值的变化趋势进行对比,我们认为由于原子气室的里德伯屏蔽效应并不能完全屏蔽外部直流电场,铯原子气室内存在残余的直流电场,影响了对里德伯态的量子亏损值的实验测量.利用残余直流电场的Stark效应理论模型及其与有效主量子数n*的依赖关系,对铯原子里德伯态的量子亏损实验测量值进行了修正.修正后的铯原子nP_(3/2)(n=70—94)态量子亏损测量值为3.5591±0.0007,与理论计算值相吻合.     

基于Rydberg原子EIT光谱的激光频率锁定

本文利用Rydberg阶梯型三能级系统的电磁诱导透明光谱实现了509nm倍频激光器的无调制频率锁定。我们在实验中使用852nm激光和509nm激光在铯原子蒸汽池中构成阶梯型三能级体系,852nm激光器的频率锁定在铯原子6S1/2→6 P3/2共振跃迁线上,509nm激光在铯原子激发态6 P3/2→62 D5/2Rydberg态的跃迁频率附近扫描获得了Rydberg态的电磁诱导透明光谱。利用852nm半导体激光器的频率调制作为参考信号,对探测的电磁诱导透明光谱信号进行解调得到误差信号,实现了509nm激光器的频率锁定。通过分析误差信号的频谱,对伺服电路的低频和高频反馈参数进行优化,获得的最佳锁定线宽约为533kHz,最小阿伦方差达到1.5×10-11。     

Cs(6PJ)与Ne、N2的碰撞精细结构混合和猝灭

在气体样品池条件下,研究了Cs（6PJ）（Ne、N2）碰撞能量转移过程。用调频半导体激光器激发Cs原子至Cs（6PJ）态,在不简的Ne或N2气压下,直接测量了6P3/2→6S1/2荧光和转移6P1／2、6S1／2荧光。     

Cs_2(B~1Π_u)态与基态Cs原子间的碰撞激发转移

在Cs2密度约为2×1013 cm-3的纯Cs样品池中,脉冲激光激发Cs2(X1 Σg+)至B 1Πu态,利用原子和分子荧光光谱方法研究了Cs2(B 1Πu)+Cs(6S)的碰撞激发转移过程.用736 nm激发Cs2到B 1Πu(v＜10),这时预解离不发生.由B 1Πu→X1 Σg+时间分辨跃迁信号得到B 1Πu态的辐射寿命为(35±7)ns,B1Πu态与Cs原子碰撞转移总截面为(4.0±0.5)×10-14 cm2.用705 nm激发至B 1Πu(v＞30)态,这时发生预解离,在不同的Cs密度下,测量了I(D1),I(D2)和分子带的时间积分荧光的相对强度,得到了预解离率为(4.3±1.7)×105 s-1(对预解离到6P3/2)和(4.7±1.9)×106 s-1(对预解离至6P1/2);碰撞转移截面为(0.45±0.18)×10-14 cm2(对转移到6 P1/2)和(4.3±1.7)×10-14 cm2(对转移到6P3/2).结果表明,如果B 1Πu(v)是束缚的,6P原子由碰撞转移产生;如果B 1Πu(v)是预解离的,则6P原子由预解离和碰撞转移产生.     

Rb(5D_J)+H_2→RbH+H反应截面的测定

利用激光泵浦一吸收技术,研究了在样品池中(T=385 K,H2气压400 Pa)的Rb(5DJ)+H2→RbH+H[x1∑+(υ"=0)]+H光化学反应过程.双光子激发Rb-H2混合蒸气中Rb原子至52D态,荧光中除有泵浦能级发生的直接荧光外,还包含由精细结构碰撞转移产生的敏化荧光,RbH分子是由5D原子与H2间的三体碰撞反应产生的.利用852 nm激光扫描RbH X1∑+(υ"=0→υ'=17)吸收带,△I'和△I"分别表示泵浦5D3/2和5D5/2时的吸收光强.泵浦室温下的纯Rb蒸气至5D3/2或5D5/2态,由于在低密度下52D精细结构混合可略去,故由5D3/2→5P1/2与5D5/2→5P3/2的荧光比得到泵浦率比.解速率方程组,得到5D3/2→5D5/2和5D→5D以外态的碰撞转移截面分别是9.8×10-16和2.0×10-16cm2,Rb(5DJ)+H2→RbH+H的反应截面分别是5.4×10-17(J=3/2)和2.3×10-17cm2(J=5/2),5D3/2与H2的反应活动性大于5D5/2,这与其他实验结果是一致的.     

激光激发Rb＋H2系统形成RbH分子机理的实验研究

在Rb-H2混合系统中用激光(泵浦激光)将基态Rb原子激发到Rb(5P3/2)能级,将调谐至5P3/2→7S1/2跃迁的另一激光束(检测激光)与泵浦激光反向平行通过样品池,并在池的直径方向平行移动,利用光学吸收法得到Rb(5P3/2)态的密度及其空间分布。由于辐射陷获存在,有效辐射率是自然辐射率与透射因子(发射的光子在探测区域内没有被吸收的平均概率,它与吸收截面及激发态原子密度和空间分布有关)的乘积。由5P3/2原子密度及其空间分布结合5P3/2←5S1/2跃迁线的碰撞增宽计算了透射因子。能量合并过程5P3/2 5P3/2→5S1/2 5D产生高位态5D原子,猝灭过程Rb(5P3/2) H2(v=0)→Rb(5S) H2(v=2)产生H2(v=2)态,H2(v=2)密度由Rb(5P3/2)与H2的碰撞猝灭截面得到。Rb(5D) H2和Rb(5P3/2) H2(v=2)发生碰撞反应可生成RbH分子,通过对不同H2密度时5D→5P3/2与5P3/2→5S1/2荧光强度比以及RbH分子X1Σ →A1Σ 跃迁线吸收光强的测量,首次得到了Rb(5D) H2→RbH H和Rb(5P3/2) H2(v=2)→RbH H的反应截面分别为4.02×10-17cm2和1.00×10-18cm2。实验表明,Rb(5P3/2) H2不直接生成RbH分子,而是通过二步反应产生的。