光腔衰荡光谱测量分子饱和吸收

发布时间：2020-07-27 22:31

【摘要】：激光光谱是研究原子分子结构和动力学最为重要的方法之一。高精度的分子光谱数据不仅可以在广泛的波段提供频率参考,还能用于精密测定物理常数和检验物理定律,甚至为发现标准模型之外的新物理提供实验依据。本文的主要工作是搭建激光-光腔-光频梳锁定的光腔衰荡光谱装置,测量分子泛频振转跃迁的饱和吸收光谱,实现高精密的分子红外跃迁频率测定。本论文的主要内容如下:第一章简要介绍了分子跃迁频率高精度测量的重要意义,以及常用的饱和吸收光谱方法。最后介绍了光腔衰荡光谱的基本原理以及该技术在饱和吸收光谱测量中的应用。第二章详细介绍了腔长调制的光腔衰荡光谱实验装置,包括腔体设计、光路搭建和频率校准。在腔长调制条件下,光腔内会发生多普勒频移。为了研究这一效应,我们测量了乙炔分子的饱和吸收光谱,从线型、线宽和光谱中心的角度研究了多普勒频移效应对光谱测量的影响,并通过外推的方法得到跃迁频率。第三章介绍激光-光腔-光频梳锁定的光腔衰荡光谱技术,并通过该装置测量乙炔分子v1+3v3振动带45条振转谱线的饱和吸收光谱,研究影响跃迁频率的因素,最终得到的跃迁频率精度为8×10-12,并与已有结果作比较。第四章首先回顾了氢分子基态光谱的研究历史,并指出了氢分子振转光谱对于质子/电子质量比测量的重要意义。本实验测量的是HD分子v2振动带位于1.4 μm的R(1)跃迁。我们分别测量了该跃迁的多普勒展宽光谱和饱和吸收光谱,并由此得到精度为4 × 10-10的跃迁频率。我们还将得到的频率与理论计算和其它实验结果进行对比,并进行了讨论。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.3
【图文】：

率可以为其他研究提供频率参考。其中应用最广泛也最重要的分子便是１２分子，逡逑由于１２分子存在超精细结构，振转能级分裂成更多的子能级，其跃迁谱线更为逡逑丰富，如图１．１。此外，由于实验上能比较容易地测量到１２分子的饱和吸收光谱，逡逑３０－１逦，逦ｘ逡逑＼邋逦逡逑＼邋  逡逑＼逦ＶＷ逡逑－＼邋—逡逑＊Ｅ逦＼逦／邋画逡逑５逦ＶＴ逡逑Ｂ：0ｒ，＜３ｎｗ）逡逑＼逦／逦／＊邋—邋＿ｉ逡逑Ｖ—邋逦ｙｒ邋（逦）逦Ｅｎｅｒｇｙ邋ｓｃａＪｏ邋ｅｘｐａｎｄｅｄ邋－？邋／邋ＳＳＳ５邋ｉｅｖｅｉＳ邋ｊｎ逡逑0．逦＇逦．．．．．．．．逦逦邋＼．邋Ｉ＇ｗ逡逑Ｈ逦ｉ逦ｉ逡逑３逦４逦５逡逑Ｉｎｔｅｒｎｕｃｌｅａｒ邋ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ邋（Ａ）逡逑图１．１：邋１２分子能级结构，引自文献［ｌ］逡逑１逡逑

作为整体进行测量，而这主要是通过光谱方法实现。由于原子分子的能级结构与逡逑质子／电子质量比有关，如果能通过光谱测量得到原子分子的能级数据，也能间逡逑接得到质子／电子质量比。图１．２总结了测量质子／电子质量比的部分代表性工作，逡逑其中紫色空心圆点为通过光谱方法得到的质子／电子质量比，绿色实心圆点为通逡逑过潘宁阱得到的质子／电子质量比，横轴和纵轴分别质子／电子质量比值及其相对逡逑２逡逑

就可以知道亿万年来质子／电子质量比是否发生了变化。其中ｚａｂｓ为红移系数，逡逑＜和Ａｆ分别为光被吸收时的波长和通过天文望远镜得到光谱对应的吸收波长。逡逑图１．４总结了通过天文氢光谱得到的质子／电子质量比随时间变化的结果，图逡逑中圆形数据点为分析得到的质子／电子质量比的稳定性，阴影部分为统计后得到逡逑的质子／电子质量比的稳定性及其置信区间，根据图中数据的统计分析，质子／电逡逑子质量比的相对变化｜Ａ（ＶＶＩ邋＝邋（５．１邋士４．５）邋ｘ邋１０＿６，最终文章给出结论，质子／电逡逑４逡逑

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本文编号：2772475