如何利用780nm DFB測試Rb飽和吸收光譜？

更新時間：2025-04-09

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飽和吸收光譜（Saturated Absorption Spectroscopy, SAS）作為突破多普勒展寬限制的高分辨率光譜技術，在原子分子物理、精密測量等領域具有重要價值。本文簡要闡述了飽和吸收光譜的工作原理、以及我們如何使用780nm DFB掃出 ⁸⁵Rb的飽和吸收光譜。

什么是原子吸收光譜？當入射光波長與原子基態到激發態躍遷能量匹配時，原子外層電子吸收光子能量發生躍遷，導致入射光強度顯著衰減，形成吸收峰。該過程遵循量子力學選擇定則，僅允許特定能級間的躍遷。

如何利用780nm DFB測試Rb飽和吸收光譜？

原子吸收峰并非嚴格單色，其半高寬受以下因素影響：

?自然展寬?（10-5 nm量級）：由激發態有限壽命導致的能量不確定性，符合海森堡測不準原理。

?多普勒展寬?（10-4 ~ 10-3 nm量級）：原子熱運動引發波長偏移，使得原子的精細結構被掩蓋，無法觀察。例如，室溫下銣原子的多普勒展寬可達數百MHz?。

多普勒展寬影響了我們對原子精細結構的探測。因此，人們提出了飽和吸收光譜這種解決方案，可以克服多普勒展寬對原子光譜的影響。

我們的飽和吸收光譜光路結構圖如下所示。首先，采用780nm的DFB作為光源，結合任意波形發生器（AFG）的鋸齒波調制進行電流調制掃頻，確保激光的頻率可以掃過⁸⁵Rb的D2線。然后，通過1/2波片和PBS的組合，將光束一分為二，同時控制兩束光的功率比例。一般來說，pump光的功率要遠大于probe光。通過控制一對反射鏡，讓pump光正好反向打回Rb原子氣室，和probe光全共線。probe光則正向通過氣室，穿過PBS，由PD采集電壓信號。