噪声免疫腔增强光外差分子饱和光谱线型的理论分析

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。

关键词：NICE-OHMS、频率调制、光谱线型、密度矩阵理论

分类号：O433.1;TN247(光学)

资助基金：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

在线出版日期：2014-08-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：2180-2184