Podsumowanie W11 Obserw. przejść wymusz. przez pole EM tylko, gdy  różnica populacji. Tymczasem w zakresie fal radiowych poziomy są ~ jednakowo obsadzone.

Prezentacja na temat: "Podsumowanie W11 Obserw. przejść wymusz. przez pole EM tylko, gdy  różnica populacji. Tymczasem w zakresie fal radiowych poziomy są ~ jednakowo obsadzone."— Zapis prezentacji:

1 Podsumowanie W11 Obserw. przejść wymusz. przez pole EM tylko, gdy  różnica populacji Tymczasem w zakresie fal radiowych poziomy są ~ jednakowo obsadzone. Nierównowagowe rozkłady populacji → pompowanie optyczne (zasada zachowania krętu w oddz. atom-pole EM) Pompowanie optyczne → makroskopowa magnetyzacja duża czułość detekcji przejść rez. (podwójny rez.) Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 12

2 Interferencja stanów atomowych
1. Dudnienia kwantowe time Iem (t) En. B Jg=0 m=+1 m= 0 m=–1 Je=1 B Ī (B) e1 e2 g 2. Skrzyżowanie poziomów 3. Metoda Ramsey’a   /d S() /D ħ0 D Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 12

3 Interferencja kwantowa stanów atomowych
-) pomiar struktur poz. energetycznych (dudnienia kwantowe, spektroskopia przecinania poziomów) -) pomiar czasów życia stanów atomowych (skrzyżownie poziomów w zerowym polu – efekt Hanlego) -) metoda Ramseya → pomiary bez poszerzenia przez czas przelotu analogia z dośw. Younga: S P g g’ e’ e - dudnienia kwant. dla prążków Ramsey’a - analogia z interferometrem Macha-Zendera: Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 12

4 Spektroskopia laserowa
Lasery – : Basow, Prochorow, Townes Ch.H N.G A.M. Townes, Basow, Prochorow za co kochamy lasery? monochromatyczność kolimacja spójność intensywność (spektralna i przestrzenna gęstość energii) Zastosowania w klasycznej spektroskopii np. absorpcyjnej: detektor próbka źródło – lampa spektr. ogranicz. zdolność rozdz. (szer.instr.) ogranicz. czułość (droga optyczna) spektroskop/ monochromator np. widmo Fraunhoffera  I0   T  ħ Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 12

5 Lasery w spektroskopii klasycznej
detektor próbka lampa spektr. spektroskop/ monochromator detektor próbka laser przestraj. monochromatyczność  zwiększenie zdolności rozdziel (instr  doppler)  T   T  kolimacja umożliwia zwiększenie czułości (dłuższą drogę opt.) Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 12

6 Laserowa spektroskopia bezdopplerowska
1981, N. Bloembergen, A. Schawlow Spektroskopia nasyceniowa Spektroskopia dwufotonowa Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 12

7 Nasycenie:   słabe pole EM (mało fotonów/sek)  1/I
 śr. populacje ubytek fotonów  spektro.abs. rozproszenie fot.  fluorescencja  spektro. emisyjna silne pole EM (dużo fotonów/sek)  1/I   śr. populacje 0 I oscylacje Rabiego Nasycenie absorpcji (przejścia) przez silne pole  próbka prawie przezroczysta = Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 12

8 Selekcja prędkości prawdopodobieństwo absorpcji fotonu ef. Dopplera: 
 Lab    Lab  Lab rozszerzenie dopplerowskie Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 12

9 Selekcja prędkości – c.d.
słabe pole silne pole kz N2(z) N1(z) kz N2(z) kz N1(z) nasycenie wybranej grupy atomów wybranej (selekcja prędkości) dla wiązki o częstości L w rezonansie są atomy o prędkości Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 12

10 w. próbkująca (–k) w. nasycająca (+k)
gdy 1 wiązka laserowa przestrajana wokół 0 1 wiązka   T kz  nasycane różne klasy prędkości  zmniejszenie kontrastu widma abs. i poszerzenie linii bo gdy 2 wiązki (słaba + silna) Wzmac. fazoczuły laser przestrajalny w. próbkująca (–k) w. nasycająca (+k) próbka detektor Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 12

11 Selekcja prędkości – c.d.
słabe pole silne pole kz N2(z) N1(z) kz N2(z) kz N1(z) nasycenie wybranej grupy atomów wybranej (selekcja prędkości) dla wiązki o częstości L w rezonansie są atomy o prędkości Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 12

12 1. Spektroskopia saturacyjna
Eliminacja poszerzenia dopplerowskiego: 1. Spektroskopia saturacyjna +k –k kz = 0 =     L  kalibracja skali !!! 0 Laser T 1/ D Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 12

13 2. Spektroskopia dwufotonowa
Reguły wyboru dla jednofotonowych przejść E1 (El-dipol.)  zmiana parzystości między stanami o tym samym l potrzeba 2n fotonów  małe prawdopodobieństwo – możliwe tylko dla silnych pól EM Parity (+) 1 (+) ħ2 ħ1 E2 – E1= ħ(1+ 2) Ef. Dopplera + Założenie 1= 2=    N2() = ħ(2 – 2k•)   = ħ(2 + 2k•)   N2() = ħ(2 + k• – k•) = 2 ħ   kompensacja ef. D. niezależnie od  !   N2() wszystkie atomy dają wkład  nadrabiane małe prawdopodobieństwo Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 12

14 Wielkie eksperymenty, c.d. – pomiar przes. Lamba 1S
Ly H H w dośw. L.-R. pomiar względny: przesunięcie 2S wzgl. 2P w stanie 1S przesunięcie 8x większe! ale brak poziomu „referencyjnego” Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 12

15  „autokalibracja” widm:
 wzór Balmera – duże regularności widm:  „autokalibracja” widm: Ly= 4H (Ly) = 121,5 nm (H) = 486 nm 4 (Ly) = (H) Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 12

16 widma H i Ly (przes. L. 1S)
Równoczesny pomiar widma H i Ly (przes. L. 1S) 1 2 3 4 5  2S 2P 486 243 121.5 2 x  H 243 nm ampl. 486 nm laser N2 laser barwnikowy Det. F-P skala częst. H Ly H Ly S=816129 MHz Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 12