Saturated absorption spectroscopy
স্যাচুরেটেড অ্যাবসর্পশন স্পেকট্রোস্কোপি একটি পরমাণু বা অণুর স্থল অবস্থা এবং উত্তেজিত অবস্থার মধ্যে রূপান্তর ফ্রিকোয়েন্সি পরিমাপ করে। স্যাচুরেটেড অ্যাবসর্পশন স্পেকট্রোস্কোপি-তে, পারমাণবিক গ্যাসের একটি নমুনার মাধ্যমে দুটি পাল্টা-প্রসারণকারী, ওভারল্যাপড লেজার রশ্মি পাঠানো হয়। একটি রশ্মি উত্তেজিত পরমাণু বা অণুতে ফোটন নির্গমনকে উদ্দীপিত করে যখন লেজারের ফ্রিকোয়েন্সি ট্রানজিশন ফ্রিকোয়েন্সির সাথে মেলে। এই অতিরিক্ত ফোটনগুলি উপস্থিত না হওয়া পর্যন্ত লেজার ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তন করে, কেউ সঠিক রূপান্তর ফ্রিকোয়েন্সি খুঁজে পেতে পারে। এই পদ্ধতিটি ঘরের তাপমাত্রায় সুনির্দিষ্ট পরিমাপ সক্ষম করে কারণ এটি ডপলার সম্প্রসারণের প্রতি সংবেদনশীল নয়। অ্যাবসর্পশন স্পেকট্রোস্কোপি ডপলার-প্রসারিত রূপান্তর পরিমাপ করে, তাই স্যাচুরেটেড অ্যাবসর্পশন স্পেকট্রোস্কোপির মতো একই সংবেদনশীলতা অর্জনের জন্য পরমাণুগুলিকে অবশ্যই মিলিকেলভিন তাপমাত্রায় শীতল করতে হবে। স্যাচুরেটেড অ্যাবসর্পশন স্পেকট্রোস্কোপির নীতি মিলিকেলভিন তাপমাত্রায় নমুনাকে শীতল না করে ডপলার সম্প্রসারণের সমস্যা কাটিয়ে উঠতে, একটি ধ্রুপদী পাম্প-প্রোব স্কিম ব্যবহার করা হয়। তুলনামূলকভাবে উচ্চ তীব্রতার একটি লেজার পারমাণবিক বাষ্পের মাধ্যমে পাঠানো হয়, যা পাম্প বিম নামে পরিচিত। আরেকটি পাল্টা-প্রসারণকারী দুর্বল রশ্মিও একই ফ্রিকোয়েন্সিতে পরমাণুর মধ্য দিয়ে পাঠানো হয়, যা প্রোব রশ্মি নামে পরিচিত। প্রোব বিমের শোষণ বিমের বিভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সিগুলির জন্য একটি ফটোডিয়ডে রেকর্ড করা হয়। যদিও দুটি রশ্মি একই ফ্রিকোয়েন্সিতে থাকে, তবে প্রাকৃতিক তাপীয় গতির কারণে তারা বিভিন্ন পরমাণুকে সম্বোধন করে। যদি পারমাণবিক রূপান্তর ফ্রিকোয়েন্সির সাপেক্ষে মরীচিগুলি লাল-বিচ্ছিন্ন হয়, তবে পাম্প মরীচিটি মরীচি উৎসের দিকে অগ্রসর হওয়া পরমাণু দ্বারা শোষিত হবে, অন্যদিকে প্রোব মরীচিটি বিপরীত দিকে একই গতিতে সেই উৎস থেকে দূরে সরে যাওয়া পরমাণু দ্বারা শোষিত হবে। যদি মরীচিগুলি নীল-বিচ্ছিন্ন হয়, তবে বিপরীতটি ঘটে। যাইহোক, যদি লেজারটি প্রায় অনুরণনে থাকে, তবে এই দুটি রশ্মি একই পরমাণুগুলিকে সম্বোধন করে, যার বেগ ভেক্টরগুলি লেজার প্রসারণের দিকের প্রায় লম্ব। একটি পারমাণবিক রূপান্তরের দ্বি-অবস্থা আনুমানিকতায়, শক্তিশালী পাম্প রশ্মি অনেক পরমাণুকে উত্তেজিত অবস্থায় রাখবে; যখন স্থল অবস্থায় পরমাণুর সংখ্যা এবং উত্তেজিত অবস্থা প্রায় সমান হয়, তখন রূপান্তরকে সম্পৃক্ত বলা হয়। যখন প্রোব রশ্মি থেকে একটি ফোটন পরমাণুর মধ্য দিয়ে যায়, তখন একটি ভাল সম্ভাবনা থাকে যে, যদি এটি একটি পরমাণুর মুখোমুখি হয়, তবে পরমাণুটি উত্তেজিত অবস্থায় থাকবে এবং এইভাবে উদ্দীপিত নির্গমনের মধ্য দিয়ে যাবে, ফোটনটি নমুনার মধ্য দিয়ে যাবে। সুতরাং, লেজার ফ্রিকোয়েন্সি অনুরণন জুড়ে প্রবাহিত হওয়ার সাথে সাথে প্রতিটি পারমাণবিক সংক্রমণে (সাধারণত হাইপারফাইন অনুরণন) শোষণ বৈশিষ্ট্যের একটি ছোট হ্রাস লক্ষ্য করা যাবে। পাম্পের রশ্মি যত শক্তিশালী হবে, গাউসিয়ান ডপলার-সম্প্রসারিত শোষণ বৈশিষ্ট্য তত প্রশস্ত এবং গভীর হয়ে উঠবে। নিখুঁত পরিস্থিতিতে, ডিপের প্রস্থ রূপান্তরের প্রাকৃতিক লাইনের প্রস্থের কাছে পৌঁছতে পারে। দুটিরও বেশি অবস্থা সহ একটি সিস্টেমে পাল্টা-প্রসারণকারী বিমের এই পদ্ধতির একটি পরিণতি হল ক্রসওভার লাইনের উপস্থিতি। যখন দুটি রূপান্তর একটি একক ডপলার-বিস্তৃত বৈশিষ্ট্যের মধ্যে থাকে এবং একটি সাধারণ স্থল অবস্থা ভাগ করে নেয়, তখন দুটি রূপান্তরের মধ্যে ঠিক একটি ফ্রিকোয়েন্সিতে একটি ক্রসওভার শিখর ঘটতে পারে। এটি দুটি পৃথক রূপান্তরের সাথে অনুরণিত পাম্প এবং প্রোব বিমগুলি দেখার ফলে চলমান পরমাণুগুলির ফলাফল। পাম্প রশ্মি স্থল অবস্থাকে জনশূন্য করে দিতে পারে, একটি রূপান্তরকে পরিপূর্ণ করে, যখন প্রোব রশ্মি এই সম্পৃক্ততার কারণে স্থল অবস্থায় অনেক কম পরমাণু খুঁজে পায় এবং এর শোষণ হ্রাস পায়। এই ক্রসওভার শিখরগুলি বেশ শক্তিশালী হতে পারে, প্রায়শই প্রধান সম্পৃক্ত শোষণ শিখরগুলির চেয়ে শক্তিশালী। একটি পরমাণুর শোষণ বর্ণালীর ডপলার সম্প্রসারণ তড়িৎচুম্বকীয় ক্ষেত্রের সাথে মিথস্ক্রিয়াশীল একটি পরমাণুর বর্ণনা অনুযায়ী, পরমাণু দ্বারা আলোর শোষণ আপতিত ফোটনের ফ্রিকোয়েন্সির উপর নির্ভর করে। আরও সুনির্দিষ্টভাবে বলতে গেলে, শোষণটি লরেঞ্জিয়ান দ্বারা চিহ্নিত করা হয় যার প্রস্থ κ/2 (রেফারেন্সের জন্য, সাধারণ রুবিডিয়াম ডি-লাইন ট্রানজিশনের জন্য)। যদি আমাদের ঘরের তাপমাত্রায় পারমাণবিক বাষ্পের একটি কোষ থাকে, তবে বেগের বন্টন একটি ম্যাক্সওয়েল-বোল্টজম্যান বন্টন অনুসরণ করবে যেখানে পরমাণুর সংখ্যা, বোল্টজম্যান ধ্রুবক, এবং এটি পরমাণুর ভর। অ-আপেক্ষিক গতির ক্ষেত্রে ডপলার প্রভাব সূত্র অনুসারে, পরমাণু যখন বিশ্রামে থাকে (যা তদন্ত করা হচ্ছে) তখন পারমাণবিক পরিবর্তনের ফ্রিকোয়েন্সি কোথায় থাকে। এর মান একটি ফাংশন হিসাবে এবং বেগের বিতরণে সন্নিবেশ করা যেতে পারে। স্পন্দনের একটি ফাংশন হিসাবে শোষণের বন্টন তাই ঘরের তাপমাত্রায় একটি রুবিডিয়াম পরমাণুর জন্য পূর্ণ প্রস্থের সাথে একটি গাউসিয়ানের সাথে আনুপাতিক হবে, অতএব, একটি পারমাণবিক বাষ্পের সর্বাধিক শোষণ অনুসন্ধানের পরীক্ষামূলক সেটআপে কোনও বিশেষ কৌশল ছাড়াই, পরিমাপের অনিশ্চয়তা ডপলার প্রশস্তকরণ দ্বারা সীমাবদ্ধ হবে এবং অনুরণনের মৌলিক প্রস্থ দ্বারা নয়। পরীক্ষামূলক উপলব্ধি যেহেতু পাম্প এবং প্রোব বিমের অবশ্যই একই সঠিক ফ্রিকোয়েন্সি থাকতে হবে, তাই তাদের জন্য সবচেয়ে সুবিধাজনক সমাধান হল একই লেজার থেকে আসা। প্রোব বিমটি নিরপেক্ষ ঘনত্ব ফিল্টারের মধ্য দিয়ে যাওয়া পাম্প বিমের প্রতিফলন দিয়ে তৈরি করা যেতে পারে যাতে এর তীব্রতা হ্রাস করা যায়। লেজারের ফ্রিকোয়েন্সি সূক্ষ্ম-সুর করতে, একটি পাইজোইলেক্ট্রিক ট্রান্সডিউসার সহ একটি ডায়োড লেজার ব্যবহার করা যেতে পারে যা গহ্বরের তরঙ্গদৈর্ঘ্য নিয়ন্ত্রণ করে। ফটোডায়োড শব্দের কারণে, লেজার ফ্রিকোয়েন্সি ট্রানজিশন জুড়ে প্রবাহিত হতে পারে এবং ফটোডায়োড রিডিং অনেক সুইপ জুড়ে গড় হয়। প্রকৃত পরমাণুতে, কখনও কখনও নমুনার ডপলার প্রোফাইলের মধ্যে দুটির বেশি প্রাসঙ্গিক রূপান্তর থাকে (যেমন। হাইপারফাইন মিথস্ক্রিয়া সহ ক্ষার পরমাণুতে)। এটি ক্রসওভার অনুরণন ছাড়াও এই নতুন অনুরণনের কারণে শোষণ বৈশিষ্ট্যে অন্যান্য হ্রাসের দৃশ্য তৈরি করবে। রেফারেন্স রুবিডিয়াম পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞানের স্যাচুরেটেড অ্যাবসর্পশন স্পেকট্রোস্কোপি