銫蒸氣中產(chǎn)生的擴(kuò)散帶

王貴平

（長(zhǎng)治學(xué)院 物理信息與電子工程學(xué)院，山西 長(zhǎng)治 046011）

王貴平

（長(zhǎng)治學(xué)院 物理信息與電子工程學(xué)院，山西 長(zhǎng)治 046011）

分析了在采用高分辨的多通道光譜儀AvaSpec-2048FT對(duì)銫分子蒸汽吸收光譜進(jìn)行測(cè)量時(shí)觀測(cè)到了奇特的擴(kuò)散帶吸收譜線(xiàn)，中心在706.6 nm、713.2 nm和719.0 nm，對(duì)應(yīng)銫分子g，2g）三重態(tài)的躍遷，并對(duì)擴(kuò)散帶吸收系數(shù)隨溫度的變化進(jìn)行了討論。

擴(kuò)散帶；銫分子；吸收譜

1 引言

在堿金屬分子吸收光譜測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，利用熱管爐對(duì)放在玻璃泡中的堿金屬加熱,在臨界溫度液態(tài)的堿金屬全部蒸發(fā)，包含原子和分子的混合金屬蒸汽同時(shí)存在于玻璃泡中，隨著溫度的升高堿金屬分子密度隨會(huì)增加，最終形成高密度的堿金屬分子蒸汽。這種高密度的分子蒸汽對(duì)于研究分子連續(xù)吸收光譜（包含由分子自由態(tài)到束縛態(tài)躍遷產(chǎn)生的擴(kuò)散帶）所有特性提供了可能。擴(kuò)散帶光譜譜線(xiàn)寬度寬（約幾百個(gè)），有明顯的主峰，在短波長(zhǎng)范圍內(nèi)有小的起伏，基于擴(kuò)散帶的特點(diǎn)人們研究擴(kuò)散帶主要有兩個(gè)原因，一是探究擴(kuò)散帶的產(chǎn)生原因，二是基于擴(kuò)散帶寬的輻射線(xiàn)型對(duì)于可調(diào)諧激光器的研究[1]。在1978年Gupta小組[2]在仔細(xì)研究了Rb和Cs吸收光譜中的擴(kuò)散帶，發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散帶的吸收峰依賴(lài)于原子密度與溫度無(wú)關(guān)，1983年P(guān)ichler等人[3]在Li2，K2，Na2基礎(chǔ)研究中報(bào)導(dǎo)了擴(kuò)散帶吸收譜，接著他們?cè)?984年[4]對(duì)Li2吸收測(cè)量中的擴(kuò)散帶進(jìn)行了理論解釋?zhuān)瑪U(kuò)散吸收帶是由于分子自由態(tài)到束縛態(tài)躍遷產(chǎn)生的。在堿金屬分子和原子混合蒸汽發(fā)射實(shí)驗(yàn)中同樣觀測(cè)到了擴(kuò)散帶，在激光誘導(dǎo)下原子躍遷至激發(fā)態(tài)，通過(guò)能量積聚效應(yīng)及原子-分子碰撞能量轉(zhuǎn)移過(guò)程使分子在激發(fā)態(tài)獲得布居從而產(chǎn)生擴(kuò)散帶受激輻射[5]。

對(duì)于銫分子，早在1928年Walter和Barratt等人[6]在K，Rb，Cs吸收測(cè)量實(shí)驗(yàn)時(shí)首次觀察到了銫分子的擴(kuò)散帶，本文在對(duì)銫蒸汽分子吸收光譜進(jìn)行測(cè)量過(guò)程中，觀測(cè)到了銫分子擴(kuò)散帶并得到了它們的譜線(xiàn)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)位置，并對(duì)擴(kuò)散帶隨溫度的變化進(jìn)行了討論。

2 實(shí)驗(yàn)裝置

圖1所示為銫分子吸收測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)中采用封閉的熱管爐對(duì)充有純銫堿金屬的玻璃泡（長(zhǎng)度5cm）進(jìn)行加熱，銫的溫度通過(guò)放置在銫泡表面的熱電偶進(jìn)行測(cè)量。在弧光放電中，電子與氣體發(fā)生彈性碰撞損失的能量同氣體的原子量成反比，氙原子序數(shù)較大，弧光放電時(shí)損失率較小，發(fā)光效率高，所以選擇大功率的氙燈作為非相干光源，在實(shí)驗(yàn)中使用成都納普光電有限公司生產(chǎn)的風(fēng)冷高壓短弧氙燈，功率為500W。氙燈發(fā)射光的波長(zhǎng)最低能夠達(dá)到250 nm左右，但主要集中在400-800 nm，并且在450-500 nm之間能夠看到明顯的若干條分立譜線(xiàn)。氙燈發(fā)出的光利用透鏡組聚焦為直經(jīng)0.5cm的光斑并通過(guò)樣品池，在樣品池后用透鏡聚焦導(dǎo)入光纖系統(tǒng)進(jìn)入譜儀里由光柵進(jìn)行衍射，實(shí)驗(yàn)中采用由荷蘭Avantes公司生產(chǎn)的，型號(hào)為AvaSpec-2048FT的譜儀，它有一個(gè)主通道，兩個(gè)從通道，這些通道測(cè)量的波長(zhǎng)范圍分別是227-393nm，367-672nm和635-816 nm，光譜儀的分辨率為0.02 nm。由于氙燈發(fā)射光的波長(zhǎng)主要集中在400-800 nm，因此在實(shí)驗(yàn)中同時(shí)使用了譜儀的三個(gè)通道。最后將譜儀輸出的信號(hào)通過(guò)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)并利用oringin軟件進(jìn)行相關(guān)分析處理。

圖1 銫分子吸收測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置Figure1.The experimental apparatus for Cs2 absorptionmeasurements

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

設(shè)置多色光譜儀的背景信號(hào)和參考信號(hào)，緩慢加熱樣品，當(dāng)溫度超過(guò)600K時(shí)觀察到了Cs2的擴(kuò)散帶吸收信號(hào)。圖2是溫度從615 K增加到675 K，從譜儀中獲得的575 nm-750 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)Cs2吸收譜線(xiàn)。在620 nm-685 nm光譜區(qū)域內(nèi)是X→C的分子吸收帶；684.9 nm和689.5 nm處出現(xiàn)的雙峰，對(duì)應(yīng)6s→5d的原子禁戒躍遷吸收線(xiàn)；中心在706.6 nm、713.2nm和719.0 nm處的吸收帶是Cs2擴(kuò)散帶，分別對(duì)應(yīng)三重態(tài)的躍遷[7]。

從Cs2的吸收譜線(xiàn)中我們可以看到Cs2擴(kuò)散帶的形狀與結(jié)構(gòu)不同于Li2，K2，Na2分子擴(kuò)散帶，而是具有與Rb2相同的三重態(tài)形狀與結(jié)構(gòu)。將吸收系數(shù)作k/n2（n為分子密度）處理，如圖3所示為擴(kuò)散帶在溫度615 K-675 K所對(duì)應(yīng)的處理后的吸收系數(shù)，起伏在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，該結(jié)果表明銫蒸氣擴(kuò)散帶吸收系數(shù)峰值與溫度無(wú)關(guān)，與Rb2擴(kuò)散帶遵循相同的規(guī)律。這一結(jié)果非常重要，暗示出銫蒸氣中形成擴(kuò)散帶的態(tài)是三重態(tài)。

圖2 在605nm－745nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)獲得的Cs2吸收光譜Figure2.Absorption spectrum of Cs2 molecules，the spectrum region is 605nm－745nm

圖3 銫分子擴(kuò)散帶Figure3.The reduced absorption coefficientof the Cs2 diffuse band

由于三重態(tài)基態(tài)的勢(shì)能很小，所以擴(kuò)散帶吸收系數(shù)峰值與溫度無(wú)關(guān)，基態(tài)原子的光締合是形成此吸收帶的主要機(jī)制[8]。因此中心在706.6nm、713.2nm和719.0nm處的擴(kuò)散吸收帶對(duì)應(yīng)三重態(tài)的躍遷，可以作為我們研究超冷銫分子吸收譜的研究對(duì)象。在實(shí)驗(yàn)中我們采用光締合的方法產(chǎn)生超冷銫分子。早在1987年，Thorshein等人提出有效的產(chǎn)生超冷分子的途徑是利用一對(duì)基態(tài)的超冷原子吸收一個(gè)光子形成一個(gè)激發(fā)態(tài)的分子，這個(gè)過(guò)程就叫做光締合過(guò)程[9]。

4 結(jié)論

文章通過(guò)對(duì)高溫下銫堿金屬蒸汽吸收進(jìn)行測(cè)量，獲得了605 nm-745 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)銫分子電子態(tài)躍遷的吸收光譜，觀測(cè)到了奇特的擴(kuò)散帶吸收譜線(xiàn)，獲取了對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，并且觀察得到擴(kuò)散帶吸收強(qiáng)度不依賴(lài)于溫度，因此中心在706.6 nm、713.2 nm和719.0 nm處的擴(kuò)散吸收帶對(duì)應(yīng)三重態(tài)的躍遷，可以作為我們研究超冷銫分子吸收譜的研究對(duì)象。下一步將利用該實(shí)驗(yàn)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行光締合形成超冷銫分子實(shí)驗(yàn)。

［1］G.Pichler， S.Milosˇevic′ ，D.Vezˇa， R.Beuc.Diffuse bands in the visible absorption spectra of dense alkali vapours［J］.J.Phys.B-At.Mol.Phys.1983，（16）：4619-4631.

［2］R.Gupta，W.Happer，J.Wagner，E.Wennmyr.J.Chem.Phys.1978，（68）：799.

［3］G.Pichler,S.Milo?evic，D.Ve?a and S.Bosanac，.Peculiar diffuse bands in Li2，K2，Na2spectra.Spectral Line Shapes （Walter de Gruy.）.1983，（2）：613-624.

［4］G.Pichler，S.Milo?evic，D.Ve?a，and D.D.Konowalow，Observation and interpretation of Li2diffuse band in the region of 420nm ［J］.Chem.Phys.Lett.1984，（103）：352-356.

［5］肖連團(tuán)，李昌勇等.鉀蒸汽中由能量積聚效應(yīng)產(chǎn)生的分子擴(kuò)散帶受激輻射［J］.中國(guó)激光.1999，（10）：927-930.

［6］J.M.Walter ，S.Barratt，The Existence of Intermetallic Compounds in the Vapour State［J］.The Spectra of the Alkali Metals,and of their Alloys with Each Other.Proceedings of the Royal Society of London.Series A，1928，119（782）：257-275.

［7］T.Ban，H.Skenderovic′，S.Ter-Avetisyan，G.Pichler.Absorption measurements in dense cesium vapor using a UV-violet light-emitting diode［J］.Appl.Phys.B.2001，72（3）：337-341.

［8］S.Vdovic'，D.Sarkisyan ，G.Pichler.Absorption spectrum of rubidium and cesium dimers by compact computer operated spectrometer ［J］.Opt.Commun.2006，（268）：58-63.

［9］H.R.Thershem，J.Wener，P.S.Julienne.Laser-induced Phoyoassociation of Ultracold Sodium Atoms［J］.phys.Rev.Lett，1987，（58）：2420.

Wang Gui-ping
（Department of Electronic Information and Physics ChangzhiUniversity，Changzhi Shanxi 046011）

We performed Cs2absorption measurements using a high-resolution AvaSpec Multi-channel AvaSpec-2048FTmeasured Cs2electronic transition absorption spectrum.The peculiar diffuse bandswere observed，corresponding the wavelengths are 706.6nm、713.2nm and 719.0nm， and diffusion absorption coefficient changing with temperature are discussed.

Diffuse bands；Cs；absorption spectrum

O56

A

1673-2014（2012）02-0037-03

2012—03—08

王貴平（1982— ），女，山西長(zhǎng)治人，助教，碩士，主要從事原子和分子物理工作研究。

（責(zé)任編輯 郝瑞宇）