銫蒸氣中產生的擴散帶

王貴平

（長治學院 物理信息與電子工程學院，山西 長治 046011）

王貴平

（長治學院 物理信息與電子工程學院，山西 長治 046011）

分析了在采用高分辨的多通道光譜儀AvaSpec-2048FT對銫分子蒸汽吸收光譜進行測量時觀測到了奇特的擴散帶吸收譜線，中心在706.6 nm、713.2 nm和719.0 nm，對應銫分子g，2g）三重態的躍遷，并對擴散帶吸收系數隨溫度的變化進行了討論。

擴散帶；銫分子；吸收譜

1 引言

在堿金屬分子吸收光譜測量實驗中，利用熱管爐對放在玻璃泡中的堿金屬加熱,在臨界溫度液態的堿金屬全部蒸發，包含原子和分子的混合金屬蒸汽同時存在于玻璃泡中，隨著溫度的升高堿金屬分子密度隨會增加，最終形成高密度的堿金屬分子蒸汽。這種高密度的分子蒸汽對于研究分子連續吸收光譜（包含由分子自由態到束縛態躍遷產生的擴散帶）所有特性提供了可能。擴散帶光譜譜線寬度寬（約幾百個），有明顯的主峰，在短波長范圍內有小的起伏，基于擴散帶的特點人們研究擴散帶主要有兩個原因，一是探究擴散帶的產生原因，二是基于擴散帶寬的輻射線型對于可調諧激光器的研究[1]。在1978年Gupta小組[2]在仔細研究了Rb和Cs吸收光譜中的擴散帶，發現擴散帶的吸收峰依賴于原子密度與溫度無關，1983年Pichler等人[3]在Li2，K2，Na2基礎研究中報導了擴散帶吸收譜，接著他們在1984年[4]對Li2吸收測量中的擴散帶進行了理論解釋，擴散吸收帶是由于分子自由態到束縛態躍遷產生的。在堿金屬分子和原子混合蒸汽發射實驗中同樣觀測到了擴散帶，在激光誘導下原子躍遷至激發態，通過能量積聚效應及原子-分子碰撞能量轉移過程使分子在激發態獲得布居從而產生擴散帶受激輻射[5]。

對于銫分子，早在1928年Walter和Barratt等人[6]在K，Rb，Cs吸收測量實驗時首次觀察到了銫分子的擴散帶，本文在對銫蒸汽分子吸收光譜進行測量過程中，觀測到了銫分子擴散帶并得到了它們的譜線對應的波長位置，并對擴散帶隨溫度的變化進行了討論。

2 實驗裝置

圖1所示為銫分子吸收測量的實驗裝置。實驗中采用封閉的熱管爐對充有純銫堿金屬的玻璃泡（長度5cm）進行加熱，銫的溫度通過放置在銫泡表面的熱電偶進行測量。在弧光放電中，電子與氣體發生彈性碰撞損失的能量同氣體的原子量成反比，氙原子序數較大，弧光放電時損失率較小，發光效率高，所以選擇大功率的氙燈作為非相干光源，在實驗中使用成都納普光電有限公司生產的風冷高壓短弧氙燈，功率為500W。氙燈發射光的波長最低能夠達到250 nm左右，但主要集中在400-800 nm，并且在450-500 nm之間能夠看到明顯的若干條分立譜線。氙燈發出的光利用透鏡組聚焦為直經0.5cm的光斑并通過樣品池，在樣品池后用透鏡聚焦導入光纖系統進入譜儀里由光柵進行衍射，實驗中采用由荷蘭Avantes公司生產的，型號為AvaSpec-2048FT的譜儀，它有一個主通道，兩個從通道，這些通道測量的波長范圍分別是227-393nm，367-672nm和635-816 nm，光譜儀的分辨率為0.02 nm。由于氙燈發射光的波長主要集中在400-800 nm，因此在實驗中同時使用了譜儀的三個通道。最后將譜儀輸出的信號通過計算機存儲并利用oringin軟件進行相關分析處理。

圖1 銫分子吸收測量的實驗裝置Figure1.The experimental apparatus for Cs2 absorptionmeasurements

3 實驗結果及分析

設置多色光譜儀的背景信號和參考信號，緩慢加熱樣品，當溫度超過600K時觀察到了Cs2的擴散帶吸收信號。圖2是溫度從615 K增加到675 K，從譜儀中獲得的575 nm-750 nm波長范圍內Cs2吸收譜線。在620 nm-685 nm光譜區域內是X→C的分子吸收帶；684.9 nm和689.5 nm處出現的雙峰，對應6s→5d的原子禁戒躍遷吸收線；中心在706.6 nm、713.2nm和719.0 nm處的吸收帶是Cs2擴散帶，分別對應三重態的躍遷[7]。

從Cs2的吸收譜線中我們可以看到Cs2擴散帶的形狀與結構不同于Li2，K2，Na2分子擴散帶，而是具有與Rb2相同的三重態形狀與結構。將吸收系數作k/n2（n為分子密度）處理，如圖3所示為擴散帶在溫度615 K-675 K所對應的處理后的吸收系數，起伏在實驗誤差范圍內，該結果表明銫蒸氣擴散帶吸收系數峰值與溫度無關，與Rb2擴散帶遵循相同的規律。這一結果非常重要，暗示出銫蒸氣中形成擴散帶的態是三重態。

圖2 在605nm－745nm波長范圍內獲得的Cs2吸收光譜Figure2.Absorption spectrum of Cs2 molecules，the spectrum region is 605nm－745nm

圖3 銫分子擴散帶Figure3.The reduced absorption coefficientof the Cs2 diffuse band

由于三重態基態的勢能很小，所以擴散帶吸收系數峰值與溫度無關，基態原子的光締合是形成此吸收帶的主要機制[8]。因此中心在706.6nm、713.2nm和719.0nm處的擴散吸收帶對應三重態的躍遷，可以作為我們研究超冷銫分子吸收譜的研究對象。在實驗中我們采用光締合的方法產生超冷銫分子。早在1987年，Thorshein等人提出有效的產生超冷分子的途徑是利用一對基態的超冷原子吸收一個光子形成一個激發態的分子，這個過程就叫做光締合過程[9]。

4 結論

文章通過對高溫下銫堿金屬蒸汽吸收進行測量，獲得了605 nm-745 nm波長范圍內銫分子電子態躍遷的吸收光譜，觀測到了奇特的擴散帶吸收譜線，獲取了對應的波長，并且觀察得到擴散帶吸收強度不依賴于溫度，因此中心在706.6 nm、713.2 nm和719.0 nm處的擴散吸收帶對應三重態的躍遷，可以作為我們研究超冷銫分子吸收譜的研究對象。下一步將利用該實驗提供的數據進行光締合形成超冷銫分子實驗。

［1］G.Pichler， S.Milosˇevic′ ，D.Vezˇa， R.Beuc.Diffuse bands in the visible absorption spectra of dense alkali vapours［J］.J.Phys.B-At.Mol.Phys.1983，（16）：4619-4631.

［2］R.Gupta，W.Happer，J.Wagner，E.Wennmyr.J.Chem.Phys.1978，（68）：799.

［3］G.Pichler,S.Milo?evic，D.Ve?a and S.Bosanac，.Peculiar diffuse bands in Li2，K2，Na2spectra.Spectral Line Shapes （Walter de Gruy.）.1983，（2）：613-624.

［4］G.Pichler，S.Milo?evic，D.Ve?a，and D.D.Konowalow，Observation and interpretation of Li2diffuse band in the region of 420nm ［J］.Chem.Phys.Lett.1984，（103）：352-356.

［5］肖連團，李昌勇等.鉀蒸汽中由能量積聚效應產生的分子擴散帶受激輻射［J］.中國激光.1999，（10）：927-930.

［6］J.M.Walter ，S.Barratt，The Existence of Intermetallic Compounds in the Vapour State［J］.The Spectra of the Alkali Metals,and of their Alloys with Each Other.Proceedings of the Royal Society of London.Series A，1928，119（782）：257-275.

［7］T.Ban，H.Skenderovic′，S.Ter-Avetisyan，G.Pichler.Absorption measurements in dense cesium vapor using a UV-violet light-emitting diode［J］.Appl.Phys.B.2001，72（3）：337-341.

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［9］H.R.Thershem，J.Wener，P.S.Julienne.Laser-induced Phoyoassociation of Ultracold Sodium Atoms［J］.phys.Rev.Lett，1987，（58）：2420.

Wang Gui-ping
（Department of Electronic Information and Physics ChangzhiUniversity，Changzhi Shanxi 046011）

We performed Cs2absorption measurements using a high-resolution AvaSpec Multi-channel AvaSpec-2048FTmeasured Cs2electronic transition absorption spectrum.The peculiar diffuse bandswere observed，corresponding the wavelengths are 706.6nm、713.2nm and 719.0nm， and diffusion absorption coefficient changing with temperature are discussed.

Diffuse bands；Cs；absorption spectrum

O56

A

1673-2014（2012）02-0037-03

2012—03—08

王貴平（1982— ），女，山西長治人，助教，碩士，主要從事原子和分子物理工作研究。

（責任編輯 郝瑞宇）