鎂原子與氫分子在量子干涉效應下的光譜量測

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陳蔚然(Wei-Jan Chen) 查詢紙本館藏

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物理學系

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鎂原子與氫分子在量子干涉效應下的光譜量測
(The spectrum of Mg and Hydrogen in the Quantum interference)

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摘要(中)

本論文主要在探討鎂原子在激發態的游離光譜及氫分子的高階拉曼光譜。在實驗測量的光譜中表現出了量子干涉現象的作用及量子干涉效應的應用。
中性鎂原子（MgI）第一游離能為61671.02cm-1(162nm)。是屬於真空紫外光的能量範圍。目前一般實驗室中使用的雷射除了F2（157nm）準分子雷射外都必須經由非線性光學的過程才能達到此光子能量的雷射輸出。此外，因為真空紫外光會被空氣吸收的特性，使得所有的光路都必須在真空系統之內，這將使系統變得複雜。
我們使用了逐步、多色光的激發方法。利用可見光及近紫外光就可將基態鎂原子逐步激發至自游離態。我們仔細的測量了3smd 1D（m=3,4,5,6）→3png 1F (n=5,6,7)的共振躍遷，並與理論計算的結果比較。在能階的能量位置上及躍遷的線寬相互間符合得很好。
在多光子激發鎂原子的過程中，往往牽涉到許多能階間的相互作用，我們在實驗中觀察到了有趣的干涉現象，使得多光子的游離過程中3s2→3s3p→3smd→Mg++e- 離子的訊號被抹除。
利用量子干涉效應可以控制介質的光學性質，例如吸收率、折射率、非線性係數。我們應用絕熱(adiabatic)過程的方法以雷射波長的調控及脈衝時間延遲的控制，使得氫氣分子產生了接近0.5的拉曼同調(Raman coherence)ρab。這不但使氫氣分子具有極高的非線性係數，同時使各不同頻率的光的折射率趨於一致，從而產生具共線傳播特性的高階拉曼輻射其範圍達75000cm-1。我們測量了在不同氫氣壓力下的光譜特性，並與數值模擬結果比較，可得到相當好的符合結果。
我們更進一步的使用可調波長的第三道雷射光與此具有高拉曼同調值的氫氣作用，產生了寬達50000cm-1的可調波長光源。最短波長也可達到137nm。
應用以上所得到的頻寬極寬的同調共線傳播的光譜，是實現單光學週期超短脈衝的有利起點。

關鍵字(中)

★ 氫分子
★ 量子干涉
★ 鎂原子
★ 光譜

關鍵字(英)

★ Hydrogen
★ Mg
★ Quantum interference
★ spectrum

論文目次

摘要……………………………………………………………..……..i
誌謝…………………………………………………………………...ii
目錄………………………………………………………….....…….iii
圖目錄………………………………………………………....…..…..v
表目錄………………………………………………………….……viii
第一章緒論 ……………………………………………………1
1.1量子干涉……………………………………………1
1.2雷射系統……………………………………………5
1.2.1高解析染料雷射系統………………………...5
1.2.2高解析Ti:Sapphire雷射系統………………..6
1.2.3光柵染料雷射系統…………………………...7
第二章鎂原子3smd 1D→3png 1F的自游離光譜…….………19
2.1簡介………………………………………………...19
2.2實驗裝置與測量…………………………………...21
2.2.1雷射光源……………………………………..21
2.2.2真空系統與訊號擷取………………………..22
2.3結果與討論………………………………………...24
2.3.1系統解析度測量……………………………..24
2.3.2自游離態共振躍遷測量結果………………..24
第三章鎂原子的多光子游離光譜………………………….…42
3.1簡介………………………………………………...42
3.2實驗裝置與測量…………………………………...44
3.3結果與討論………………………………………...46
3.3.1實驗結果……………………………………..46
3.3.2四能階模型…………………………………..47
第四章同調調變下氫分子的高階拉曼光譜………………….62
4.1簡介………………………………………………...62
4.2實驗裝置與測量…………………………………...66
4.2.1雷射光源……………………………………..66
4.2.2真空紫外光譜測量…………………………..66
4.3結果與討論………………………………………...68
4.3.1以絕熱過程控制拉曼同調…………………..68
4.3.2數值模擬……………………………………..70
4.3.3結果討論……………………………………..72
第五章以拉曼同調氫分子產生可調波長真空紫外光………..94
5.1簡介…………………………………………………94
5.2實驗裝置與測量……………………………………96
5.3結果與討論…………………………………………98
第六章總結與展望…………………………………………….111
參考文獻…………………………………………………………….115
附錄 A.系統解析度………………………………..………...120
B.四能階系統………………………………………….122
C.氫分子拉曼同調系統……………………………….125

參考文獻

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指導教授

孔慶昌、易台生
(A.H. Kung、T. S. Yih)

審核日期

2005-7-13

推文