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噪声免疫腔增强光外差分子饱和光谱线型的理论分析
  • ISSN号:1000-0593
  • 期刊名称:光谱学与光谱分析
  • 时间:2014.8.15
  • 页码:2180-2184
  • 分类:O433.1[机械工程—光学工程;理学—光学;理学—物理] TN247[电子电信—物理电子学]
  • 作者机构:[1]量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西大学激光光谱研究所,山西太原030006
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划项目(2012CB921603),国家自然科学基金项目(61127017,61178009,61108030,61275213,61205216),山西省青年科学基金项目(2012021022-1)资助
  • 相关项目:腔增强型石英谐振光声光谱的技术研究
中文摘要:

噪声免疫腔增强光外差分子光谱(NICE-OHMS)作为世界上最灵敏的光谱技术可以被应用到痕量气体检测、频率标准、原子分子光谱以及超灵敏引力波测量等领域中,高精细度谐振腔吸收池的使用在增长激光与腔内物质相互作用路径的同时,极大的提高了腔内激光功率,这就会饱和低气压下的气态样品吸收线从而获得亚多普勒光谱结构,因此NICE-OHMS 技术不仅具有高灵敏、还具有超高分辨的优点。该研究基于光与二能级分子相互作用的密度矩阵理论对NICE-OHMS技术中包含亚多普勒的多普勒展宽光谱线型进行了理论推导,获得了光谱线型的表达式,同时以该表达式对光谱线型进行了数值模拟,其中调制频率、饱和参量、频率调制系数分别设置为384 MHz,10和0.2。由模拟结果可见吸收光谱由两个边带的吸收信号构成,在包络上存在四个亚多普勒饱和结构;色散光谱由载频以及边带的色散三者决定,并在包络上存在五个亚多普勒饱和结构,获得了与已有实验一致的结果。最后重点分析了不同探测相位、不同饱和参量下的NICE-OHMS光谱线型尤其是亚多普勒结构的变化,由于饱和参量按照调制系数分配给载频和边带,因此虽然载频饱和参量很大,但NICE-OHMS吸收光谱幅度变化不大,主要是由于该光谱信号只与边带饱和参量有关,可以看出NICE-OHMS多普勒展宽信号具有饱和效应免疫的特性,与已有实验结果也符合较好。为更进一步的实验研究提供了必要的理论基础。

英文摘要:

In the present paper a theoretical description of the line shapes of frequency modulated noise-immune cavity-enhanced optical heterodyne molecular spectroscopy (NICE-OHMS)under saturated conditions is presented.Expressions for both Doppler broadened and Doppler free frequency modulated NICE-OHMS signals at their absorption and dispersion phases are given.The modulation frequency,saturation parameter and frequency modulation index are set to 384 MHz,10 and 0. 2,respectively in the simulation.Based on the simulated line shape curves,in the absorption detection phase there are four sub Doppler structures ex-isting in the spectral envelope of absorption signals of two sidebands,and in the dispersion phase there are five sub-Doppler structures existing in the spectral envelope of dispersion signals of carrier and two sidebands.The sub-Doppler structure origi-nates from the fact that two counter propagating waves interact with the same group of molecules and one can act as a detecting beam and the other can act as a pumping beam.Therefore the sub-Doppler structure can appear at laser carrier and sidebands fre-quency and their middle frequencies of carrier and sidebands.Since NICE-OHMS absorption signal is only related to the absorp-tion of sidebands the small saturation parameters of two sidebands can not saturate the Doppler broadened signal too much.Al-though the NICE-OHMS dispersion signal includes the dispersion of carrier and two sidebands,the amplitude of Doppler broad-ened signal does not have so much influence by saturation except for the Doppler free signal.Therefore NICE-OHMS technique is a good candidate for the high sensitive detection of gas medium but with high selectivity under the condition of low pressure. Finally the dependences of NICE-OHMS line shape on the detection phase and saturation parameter are simulated and analyzed, the results of which nicely agree with the existing experimental results.The researches on NICE-OHMS line shapes will help ex-plain the phenomena of related experiment.

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期刊信息
  • 《光谱学与光谱分析》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国光学学会
  • 主编:高松
  • 地址:北京海淀区魏公村学院南路76号
  • 邮编:100081
  • 邮箱:chngpxygpfx@vip.sina.com
  • 电话:010-62181070
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-0593
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2200/O4
  • 邮发代号:82-68
  • 获奖情况:
  • 1992年北京出版局编辑质量奖,1996年中国科协优秀科技期刊奖,1997-2000获中国科协择优支持基础性高科技学术期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国生物医学检索系统,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:40642