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Laser & Optoelectronics Progress

原子激发态超精细能级跃迁的光谱技术研究

郑蓝蓝 Zheng Lanlan, 杨保东 Yang Baodong, 白君利 Bai Junli, 周海涛 Zhou Haitao

Published Jan 1, 2025• 2 citations
Publisher

Abstract

基于铯原子133Cs 6S1/2→6P3/2→6D5/2 （852 nm+917 nm）阶梯形能级系统，演示了一种经荧光探测获得原子激发态超精细能级之间跃迁信号的光谱（AESVFD）技术：在852 nm、917 nm两波长激光级联激发下，将铯原子由基态6S1/2布居到激发态6D5/2上，而后原子经7P3/2→6S1/2跃迁通道自发辐射出456 nm荧光，对此荧光探测获得了激发态6P3/2F′=5→ 6D5/2F″=6超精细能级跃迁的光谱信号。比较了852 nm与917 nm激光束同向、反向传播作用于铯原子时的AESVFD信号差异，发现反向实验构型下的AESVFD信号较同向构型的信噪比明显要高且线宽更窄。实验上系统测量了AESVFD对原子气室温度、泵浦光偏振、功率及频率失谐的依赖关系，分析了窄线宽、高信噪比AESVFD信号获得的实验条件，所得最窄AESVFD信号的线宽小于5.0 MHz，接近于激发态6P3/2的自然线宽5.2 MHz。精密光谱的测量对原子能级结构的探索、原子理论模型的检验等具有重要的意义。

DOI
10.3788/lop241613

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基于铯原子6S1/2-6P3/2-6D5/2（852 nm+917 nm）阶梯型能级结构，以波长为852 nm圆偏振光作为泵浦光，将原子由基态6S1/2布居到中间激发态6P3/2，并将原子介质极化。波长为917 nm线偏振光作为信号光通过极化的原子介质后，其偏振面发生了旋转，从而实现了工作波长为917 nm非线性光学滤波器。实验上详细测量、分析了泵浦光功率、原子气室温度，以及泵浦光与信号光同、反向实验构型对该非线性光学滤波器性能的影响，在优化的实验参数下，该滤波器的峰值透射率可达20%，等效噪声带宽<60 MHz。超窄带宽的光学滤波器在原子钟、自由空间光通信、激光遥感系统等领域具有潜在的应用价值。

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