基于光学频率梳的高分辨光谱研究

摘要

量子理论的发展导致了以激光为基础的高精密光谱技术和量子信息科学技术的形成。在现代物理学的发展进程中，人们对光谱学的高分辨、高精度和高灵敏的不懈追求已经成为许多科学技术突破的驱动力。飞秒光学频率梳的发明实现了光频和微波的高精度直接链接和不同光学频率标准之间的高精度链接，开拓了光场时域和频域同时精密操控的研究领域。飞秒光学频率梳具有带宽宽、高功率和稳定好的优点被广泛地应用于超精细跃迁频率测量，物理基本常数测量和冷原子钟等研究领域，通过这些研究人们能够跨越更深层次认识原子分子世界的信息。
　　本研究主要内容包括：⑴获得光学频率梳和单频激光的干涉光谱。研究了干涉光谱中光学频率梳和单频激光干涉信号的频率间隔和单频激光频率的关系，获得了一种快速测量单频激光频率的方法，精确度可达MHz量级。⑵将经过铷泡后的飞秒脉冲光与单频激光干涉获得相应的干涉光谱，根据干涉信号强度变化得到相应铷原子吸收信号。为原子分子的吸收谱线的直接获得提供了一种新的方法。⑶利用光学频率梳对基态铯原子双光子共振激发到7S和9S态，探测7P→6S荧光，扫描光学频率梳重复频率通过光电倍增管获取铯原子高分辨频梳光谱。计算铯原子对应超精细跃迁的绝对频率及其超精细相互作用常数。⑷利用半导体激光器和光学频率梳将基态铷原子激发到双光子激发5D态，高功率的半导体激光实现5S→5P的有效激发，光学频率梳实现5P→5D的激发。扫描半导体激光器频率，探测6P→5S的420nm的荧光获取铷原子双光子光谱。研究了激光功率对谱线的强度及线宽的影响。

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第一章 引言

1.1基于光学频率梳高分辨光谱的研究背景

1.2 基于光学频率梳高分辨光谱的应用

1.2.1 绝对频率的测量

1.2.2 分子“指纹”光谱

1.2.3 气体检测

1.2.4 绝对距离测量

1.3 本文主要研究内容

第二章 光学频率梳干涉光谱的研究

2.1 光学频率梳的相干理论

2.1.1 光学频率梳与光学频率梳相干理论

2.1.2 光学频率梳和单频激光相干理论

2.2 光学频率梳和单频激光相干光谱的实验研究

2.2.1 实验装置

2.2.2 光学频率梳的基本原理

2.2.3 偏置频率的探测及稳定

2.2.4重复频率的探测及稳定

2.2.5 FC1500简介

2.3 单频激光的频率测量

2.4 铷原子吸收谱线的获得

2.5 小结

第三章 直接光梳光谱的研究

3.1 直接光梳光谱

3.1.1超精细相互作用常数AJ和BJ

3.1.2 跃迁几率

3.1.3 速度选择光谱

3.2 铯原子直接光梳光谱

3.2.1 实验装置

3.2.2 铯原子直接光梳光谱的实验研究

3.3 光学频率梳与单频激光的双光子光谱

3.3.1 实验原理和装置

3.3.2 铷原子5S→5P→5D双光子跃迁光谱的测量

3.4 小结

第四章 总结和展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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