第六章无多普勒展宽光谱技术.ppt

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第一节饱和吸收光谱技术
1414(w/nooptions)
30pW/
在频率为的单色光作
用下,在N1(uz)的分布
曲线上,有一个以
中心的“烧孔”-贝纳
特(Bennet)孔,孔的半
宽度为
0为自然线宽,N2(uz)上
有一对应的凸峰
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当时可得
吸收系数12与吸收截面12的关系为:
饱和吸收无多普勒光谱是通过测量布居数速度分布曲线
上的贝纳特孔来实现的
考察原子吸收截面:
多普勒线型下降了一个因子,并且与频率无关
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在多普勒线型内处处都下降了一个因子,这说明如果用
一束可调谐激光,使其扫过原子的吸收区,则发现不了
有贝纳恃孔存在.
,另一束
,可以通过一个简单方法
来获得这两束激光,即在样品池的一端放置一反射
镜,将入射进样品池的光作为泵浦光,通过样品池后
从反射镜反射回的称为探测光
设泵浦光为:
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从反射镜反射回的探测光强度近似与入射光相等,即
两束光在速度分布曲线N(uz)上烧出两个贝纳特孔,
调谐入射光的频率,使接近布居数速度分布曲线的中
心频率0,于是两孔将在uz=0处合并,其物理含义是两束
光波与uz=
增大了一倍,光对N(uz=0)的消耗也将大于uz0的消耗
.于是,在吸收曲线()上出现一个吸收系数减小的凹
陷区。
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这个凹陷与非均匀介质激光器的功率曲线上的凹陷一样,
称为兰姆凹陷,显然兰姆凹陷不受多普勒效应的影响,常
称之无多普勒(Doppler-free)凹陷,经过计算可得吸收系
数的表达式为
式中
,是多普勒线型
括号内的表达式表示谱线中心有一个小的兰姆凹陷
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兰姆凹陷位于吸收曲线
()上=0处,是两束
激光对同一群分子共同作
用引起吸收饱和的结果,
兰姆凹陷为洛仑兹线型,
半宽度为s,在=0处,
S()降低为S()(1-S0),
而在离中心较远处则降低
为S()(1-S0/2)。当-
0>时,两束光对不同
群分子起饱和作用,就
跑出了凹陷区
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二、实验技术
1、腔内饱和吸收光谱技术
将分子吸收池放进激光共振腔内,
内的驻波激光场就是使分子饱和吸收的两束相反方向的
,吸收体是腔的附加损耗,它使激光输
,当激光频率调
谐到吸收线的中心时,样品的吸收系数减小,激光器的
输出突然增加,因此,这种测量方法非常灵敏.
腔内吸收技术要求被研究的分子的吸收谱线在激光振荡
的调谐范围内,因此能用这种方法进行研究的样品不
多,尽管这种方法简单,灵敏度很高,但它的应用范围
受到了限制
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二、实验技术
2、腔外饱和吸收光谱技术
激光线宽应小于样品的多普勒宽度,在可见光谱区,激
光线宽应在MHz以下;调制的泵浦光束引起分子布居数
变化,探测光在被样品
吸收时也感受了调制的

被测谱线时,由于
泵浦光的饱和
作用,
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吸收系数将发生变化,因此当调谐入射光束频率扫过被
测跃迁频率时,光电检测器便测量出穿过样品池后调制
的探测光强的变化,经锁相放大器处理,输出无多普勒
展宽的信号