87Rb 420nm波长精密光谱及原子滤光器研究

摘要

半导体激光器因其结构简单、体积小、效率高、易于调谐等优点，在生产、科研有重要价值。激光技术的发展与完善使得光谱学发生了巨大变革，基于强光与物质相互作用的非线性光谱技术就此产生。非线性光谱学具有高分辨率光谱、高探测灵敏度、高时间分辨率等特点，具有广泛的应用价值和应用前景。原子滤光器是基于原子吸收、发射和内部能量转换的物理过程的滤光器件，具有窄带宽、高透过率等特点，在激光卫星通信、激光雷达遥感、水下光通信等各种应用技术中，起着极其重要的作用。
　　本文用420nm波长的外腔半导体激光器，观测了同位素87Rb在420nm跃迁的各个精密光谱。在饱和谱实验中，获得的最窄线宽为6MHz，对应的是5S1/2F=2到6P3/2F'=2，3的跃迁谱线。同时观测了87Rb420nm跃迁的荧光信号、多普勒谱和极化谱。
　　在原子滤光器的实验中，在传统同位素87Rb法拉第反常色散滤光器的基础上，本文运用饱和吸收效应，结合法拉第效应和圆二色性实现了87Rb420nm跃迁的超窄线宽原子滤光器。通过研究温度、磁场强度、泵浦光功率对透过率的影响，获得87Rb420nm跃迁的超窄线宽原子滤光器的线宽只有9MHz，最大透过率为2％，87Rb420nm跃迁的超窄线宽原子滤光器在目前还未见报导，最后论文还指出进一步提高透过率的可能性。

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摘要

图目录

表目录

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 半导体激光器概况与国内外现状分析

1．3 光谱学发展过程

1．4 原子滤光器的研究现状

1．5 本文组织结构

第二章 光与原子的相互作用理论

2．1 光与二能级原子相互作用

2．2 三能级入型结构

2．3 原子能级的超精细结构

2．3．1 单电子原子的磁性超精细结构

2．3．2 单电子原子的电性超精细结构

2．3．3 总超精细结构

2．4 本章小结

第三章 实验系统设计

3．1 外腔半导体激光器的结构及工作方式

3．2 420nm半导体激光器

3．3 实验系统的设计

3．3．1 铷原子蒸汽室

3．3．2 铷泡温度控制系统

3．3．3 磁场设置与磁屏蔽盒

3．4 本章小结

第四章 光学系统设计及87Rb 420nm跃迁的精密激光光谱研究

4．1 87Rb 420nm跃迁的超精细能级结构

4．2 87Rb 420nm跃迁的多普勒吸收谱的测量

4．3 87Rb 420nm跃迁的饱和吸收光谱的测量

4．3．1 87Rb 420nm跃迁的饱和吸收光谱实验原理

4．3．2 87Rb 420nm跃迁的饱和吸收光谱光学系统构建

4．3．3 87Rb 420nm跃迁的饱和吸收光谱实验结果

4．4 87Rb 420nm跃迁的极化光谱的测量

4．4．1 87Rb 420nm跃迁的极化光谱实验原理

4．4．2 87Rb 420nm跃迁的极化光谱实验结果

4．5 本章小结

第五章 87Rb 420nm超窄线宽原子滤光器

5．1 实验背景

5．2 传统87Rb420nmFADOF

5．2．1 法拉第效应

5．2．2 传统87Rb420nmFADOF实验

5．2．3 FADOF透射率的理论计算

5．3 87Rb 420nm超窄线宽原子滤光器光学系统构建

5．4 87Rb420nm超窄线宽原子滤光器实验结果与分析

5．4．1 实验结果

5．4．2 温度对透过率的影响

5．4．3 磁场强度对透过率的影响

5．4．4 泵浦光强度对透过率的影响

5．5 超窄线宽原子滤光器的透射事变化分析

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果