十相干光谱.ppt

* 自由讨论： 1，什么是拍频？ 2，什么是粒子数的相干转移? 3，什么是纵向驰豫时间，什么是横向驰豫时间？ 4，有哪些物理量的相干？ 5，什么是弹性碰撞，什么是非弹性碰撞？什么是绝热过程，什么是非绝热过程 第十二章 相干光谱 能级交叉光谱 量子拍频 波包的激发和探测 光子回波 外差光谱 相关光谱 1， 相干激发： 波函数的振幅与位相（密度矩阵非对角元） 2，非相干激发： 粒子数密度（密度矩阵对角元） 相干：是波函数的基本性质，描述波函数的相干和关联（用干涉可见度描述） 1，单个原子分子不同内态相干激发（原子内态相干） 2，不同跃迁通道之间的相干 3，原子系综中不同原子同一个内态相干激发（原子之间相干） 相干种类（位相差） 相张相干：震荡幅度增大，相位差为 幅度最大（同相） 激发 相消相干：震荡幅度减小，相位差为 幅度为0 （反相） 相干种类（相干物理量） 1，时间相干（原因：激光有线宽）：波函数和它本身延迟时间T后的相关 ???????????. 当激光单一频率， 当激光有一定线宽，有一断时间，同相位，另外一段时间，相位相反 2，空间相干：波函数在空间上分开的两点，在一段时间内相干 3，频率相干：不同频率的波函数，如果相位差恒定，则能发生干涉，形成一脉冲光，且 如果两波函数不相干，则形成时间连续光，且幅度和相位随机波动。 不同频率波函数相干，形成脉冲 不同频率波函数不相干，形成时间上连续的光。 4，偏振相干：偏振方向恒定，偏振位相差恒定。 1，纵向弛豫时间T1(或 ? )： 粒子数衰减时间 （由于自发辐射或者非弹性碰撞） 2，横向弛豫时间T2： 解相时间，一般而言T2T1 当激发关闭后，原子体系发生驰豫 解相碰撞： 不同速度原子Doppler 频移 相干而导致干涉现象 相干光谱可消除非均匀加宽（Doppler-free） 粒子数转移 1，非绝热转移 （Raman脉冲） 脉冲（粒子数反转） 2 1 0 -1 -2 -1 0 1 Thesis, schreck Pulse 25 us ?? 2，绝热转移 (1)能级反交叉(anticrossing, avoided crossing) /wiki/Adiabatic_theorem#Avoided_curve_crossing low-field High-field seeking state 绝热态 非绝热本征态，B=0时，两态能量差 绝热本征态，为H(B)的本征态。 绝热扫描磁场，可以实现粒子数反转 e态和N个光子 g态和N+1个光子 (2)绝热扫描射频频率，可以实现粒子数反转 不同能级发生Zeeman分裂 简并态之间发生交叉 能级交叉（Hanle 效应）：在外电场或者磁场影响下，相干激发的激发态能级交叉，这些交叉能级发出的荧光为能级交叉光谱。 例如 12.1节，能级交叉光谱 Hanle 效应的经典模型 激发光：y方向偏振，x方向传播。在y方向探测 磁场：z方向 原子和磁场相互作用Rabi频率 Hanle 信号（荧光） 偏振片和x方向夹角 线宽 利用线宽可以用来探测 ?磁场中的原子在偏振光激发下，偏振受磁场调制，导致最后探测的光强也受磁场调制 如果另外一个探测器的偏振和y轴相交 信号增大1倍，而且可以消除背景 Hanle 效应的量子模型 1，2能级间激发，2，3能级间发出荧光 激发态2在B=0条件下，有k度简并 例如 磁场 泵浦光偏振在x-y平面 x偏振方向的光泵浦 y偏振方向的光泵浦 Zeeman能级分裂 激发后的波函数由x和y方向偏振分量组成，分量权重由磁场B确定 如果在x偏振方向探测 对时间进行积分 经典模型导出结果 一致 受激能级交叉吸收光谱 没有外部磁场时 线偏振光激发 非饱和吸收系数 共振饱和参数 有外部磁场，且与偏振方向垂直，激发光分解为 Lamb dip Lamb dip 有外部磁场和没有外部磁场的吸收系数差 1，能级分裂对吸收的影响只发生在饱和参数S不等于0情况，当S=0,能级分裂消失 2，在 处，吸收系数最大?Lamb dip Taylor展开 第10.2节 量子拍频光谱 原理： 原子分子的多个上能级在相干光激发后，波函数按固定位相关系演化，总荧光谱出现量子拍频。 相干激发(激发光脉宽小于能量差?脉冲Fourier展开大于能级差)： 含时演化： k态驰豫 相干激发 荧光 Fourier 1，原理 所有k态发出荧光总和 偏振矢量 耦极矩 相干激发 荧光 Fourier 衰减 震荡 无Doppler频移 展宽 两跃迁幅度之和再平均?量子相干