[实用新型]基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光光谱学技术领域，尤其涉及一种基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱装置。

背景技术

外腔半导体激光器问世以后，其波长大范围连续可调的特性能满足很多种不同实验的要求，因此被广泛使用。相应的，半导体激光器的稳频技术也得到极大发展，比如饱和吸收谱内调制稳频方法、偏振光谱谱稳频技术、磁场外调制稳频技术、电光调制稳频技术以及PDH稳频技术等等。其中，饱和吸收谱内调制稳频方技术是在原子光学实验中常用的技术。而饱和吸收谱是该技术的根本。饱和吸收谱稳频技术能将激光锁定在特定的原子谱线上，并且能很好地消除普通吸收谱的多普勒展宽。

传统的饱和吸收谱，都是由激光器、厚玻璃块、2个高反射镜、原子样品池和光电探头组成。其中，厚玻璃块法线与入射光束呈45°夹角，对入射光束产生5％左右的反射作为探测光，其余透过的作为抽运光，抽运光功率较大，探测光功率较小。抽运光再经过2个高反射镜的反射，与探测光相向传播重叠地通过样品池，其中探测光透过样品池后射入光电探测器。样品池内的原子气体由于热运动，只有在光传播方向上速度为零的原子能与抽运光和探测光同时共振。而抽运光强度较大，将这部分原子都抽运到激发态，即形成了饱和吸收，从而探测光在若干个共振频率上不被吸收，经过光电探测器，就可以探测到一系列消除了多普勒加宽的洛伦兹线型窄吸收峰，这就是饱和吸收光谱。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱装置。

基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱装置是：外腔半导体激光器、半波片、偏振分束器、原子气体样品池、光电探测器和示波器顺次连接，外腔半导体激光器的激光光束经过半波片、偏振分束器、原子样品池，到达光电探测器，产生电信号通过信号线传递至示波器。

所述的外腔半导体激光器为发射的激光模式为单模线偏振光的波长可调的激光器。所述的原子样品池呈圆柱体型，其前后两个内表面对光束有部分反射的特性，其放置位置为前后表面与入射光束垂直。

本实用新型能够利用光束在原子气体样品池内部反射的简单特性，简化传统饱和吸收谱技术的光学硬件装置，充分利用激光束在原子气体样品池内的部分反射机制，实现一种更为简易的单光束的饱和吸收光谱装置。

本实用新型通过精简装置，减少光学器件的应用，来提高饱和吸收谱的长期稳定性。本实用新型适用于各种气体原子的吸收光谱技术领域。

附图说明

图1是基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱装置结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱装置是：外腔半导体激光器1、半波片2、偏振分束器3、原子气体样品池4、光电探测器5和示波器6顺次连接，外腔半导体激光器1的激光光束经过半波片2、偏振分束器3、原子样品池4，到达光电探测器5，产生电信号通过信号线传递至示波器。

其中，外腔半导体激光器1的作用是发射波长也即频率可调的激光光源，其出射光束具有恒定的线偏振态；半波片2的作用是旋转出射光束的偏振方向；偏振分束器3的作用是使光束中水平偏振的分量透射，竖直偏振的分量90°折射，从而可以调节射入样品池的光束功率；原子气体样品池4的作用是提供一定气压和温度的原子气，以产生吸收谱，并且样品池玻璃表面的反射特性可以使光束在样品池内多次往返；光电探测器5的作用是将入射光束的光信号转化为电信号，以便在示波器上查看和在后续电路中实现激光器稳频；示波器6的作用是查看饱和吸收光谱信号。

基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱方法是：原子气体样品池的后内表面和前内表面对激光光束先后产生2次部分反射，其中后内表面的部分反射称为第一次反射，前内表面的部分反射称为第二次反射，使得入射激光光束与第一次反射激光光束在原子气体样品池中发生重叠，从而产生原子气体样品对激光的饱和吸收，第二次反射激光光束与直接透过原子样品池的激光光束一起射入光电探测器，光电探测器探出第二次反射激光的饱和吸收光谱信号并在示波器上显示。

基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱装置的使用方法的步骤如下：

1)打开外腔半导体激光器1、并开启波长扫描；

2)在示波器6上观察光电信号，同时调节外腔半导体激光器1的波长直到观察到样品原子的带多普勒展宽的吸收谱线；

3)旋转半波片2的快轴方向，以改变偏振分束器3的分光比，使带有多普勒加宽的吸收谱线的信噪比最优化；