[发明专利]一种实现布居数反转的相干绝热受激拉曼激发方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现布居数反转的相干绝热受激拉曼激发方法，可用于对目标分子进行特定量子态的激发，属于激光技术以及程序控制技术领域。

背景技术

在原子分子物理和化学中，有些时候需要研究振转激发态的分子的一些特点和性质，针对没有红外活性的分子，需要通过拉曼激发。而受激拉曼激发是一种效率比较高且目的态明确的激发方法，他利用两束光：泵浦光和斯托克斯光，两束光的光子能量差正好等于所激发的分子的激发态和初始态之间的能级差时，实现受激拉曼激发。利用这种原理一般有两种系统：

第一种系统是先用想激发类型的分子做成拉曼池，让泵浦光先经过拉曼池，由于拉曼效应，会从池子中出来斯托克斯光，把池子中出来的斯托克斯光和剩余的泵浦光一起聚焦到想激发的目标分子区域，实现对目标分子的受激拉曼激发；

第二种系统用可调脉冲染料激光器来代替拉曼池的作用，用染料激光器出斯托克斯光，然后和泵浦光一起实现受激拉曼激发。

这两种系统有着一些缺点：第一种系统的斯托克斯光的带宽和波长和拉曼池中气体的压力有关，当需要激发的目标分子是以无碰撞的分子束的形式存在时，它所需要的斯托克斯光的波长和拉曼池中出来的光的波长并不一样，有一定的偏移，而且从拉曼池中出来的斯托克斯光的带宽较宽，分子束中的分子能级较窄，从带宽上不匹配，由于波长偏移和带宽不匹配，激发效率较低，这种系统的斯托克斯光在时间上和泵浦光是完全一样的，他们之间的相对时间关系不好调节；第二种系统虽然用染料激光器产生斯托克斯光，有了波长可调的优点，以及泵浦光和斯托克斯光可以分开，可以用延迟线来调节泵浦光和斯托克斯光在时间上的相对关系，但是由于染料激光器线宽比起分子束的吸收带宽依然较宽，而且染料激光器由于用光栅选光，输出波长会对振动和温度非常敏感，实际输出波长是一个在不断变化的值，所以激发效率也受限制。这两种激发方式都受原理的限制，激发效率饱和最高也只能到50%。

绝热快速通道是近些年来发展起来的一种方法，可以实现粒子数布居反转。它对激发光的线宽，相干性，波长稳定性都有着比较高的要求。它通过各种途径，使得分子感受到的激发波长不是一个恒定的频率，而是一个渐变的能量，这个渐变正好与激发所需的能级差交叉，并且在这个交叉点时提供较好的激发条件，同时还得避开其他的交叉点，或者在其他交叉点时避开激发，否则激发效率会减少。这项技术在使用连续激光做激发的一些系统中都有较好的实现。首先由于连续光的波长稳定性非常好，其次由于方法问题即使连续光的波长发生一点微小的移动，依然能使能级渐变和激发波长有一个交叉且交叉处有较好的激发条件，所以用连续激光做激发的绝热快速通道的鲁棒性是非常好的。但是利用脉冲的激光的绝热快速通道却很少能实现，主要是因为脉冲激光的波长很难有连续激光那样稳，脉冲-脉冲波长会有比较大的波动，而且脉冲激光的光强分布在时间尺度上也不像连续光是无穷大，所以利用脉冲激光的绝热快速通道对波长和时序都有极高的要求，而且这仅是对单光子激发而言；对利用脉冲激光的受激拉曼激发系统，涉及到泵浦光和斯托克斯光两束光，必须使得这两束光的光子能量差保持恒定，才有可能实现稳定的相干绝热受激拉曼激发。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种实现布居数反转的相干绝热受激拉曼激发方法及系统，可以对超声射流分子束中的孤立分子进行激发实现粒子数布居反转，可以在分子反应动力学和原子分子物理和化学中发挥独特的作用。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种实现布居数反转的相干绝热受激拉曼激发方法，包括以下步骤：

设置泵浦光的种子光波长，根据种子光波长计算产生泵浦光的激光器2的输入电压，并反馈给激光器2使其振荡腔腔长随输入电压改变，输出所需波长的泵浦光；波长计实时测量该泵浦光的波长；以泵浦光的种子光波长作为参考值，波长计测得的泵浦光波长作为反馈值，利用PID控制输出激光器2的输入电压，实现闭环控制；

利用可调光参量振荡器将另一台激光器1输出的泵浦光调节为斯托克斯光的种子光，利用延时控制器调节激光器2输出的泵浦光和可调光参量振荡器输出的斯托克斯光的时序不一致；

设置斯托克斯光的种子光波长，根据斯托克斯光的种子光波长计算可调光参量振荡器内压电陶瓷上的输入电压；可调光参量振荡器根据内部半导体二极管激光器的光栅上的压电陶瓷所受电压，调节输出的斯托克斯光及其种子光的波长；