Saturated absorption spectroscopy
સંતૃપ્ત શોષણ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી અણુ અથવા અણુની તેની જમીનની સ્થિતિ અને ઉત્તેજિત સ્થિતિ વચ્ચેની સંક્રમણ આવર્તનને માપે છે. સંતૃપ્ત શોષણ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીમાં, બે કાઉન્ટર-પ્રોપેગેટિંગ, ઓવરલેપ્ડ લેસર બીમ અણુ ગેસના નમૂના દ્વારા મોકલવામાં આવે છે. જ્યારે લેસરની આવર્તન સંક્રમણ આવર્તન સાથે મેળ ખાય છે ત્યારે એક બીમ ઉત્તેજિત અણુઓ અથવા અણુઓમાં ફોટોન ઉત્સર્જનને ઉત્તેજિત કરે છે. આ વધારાના ફોટોન દેખાય ત્યાં સુધી લેસર આવર્તનને બદલીને, ચોક્કસ સંક્રમણ આવર્તન શોધી શકાય છે. આ પદ્ધતિ ઓરડાના તાપમાને ચોક્કસ માપનને સક્ષમ કરે છે કારણ કે તે ડોપ્લર વિસ્તરણ માટે અસંવેદનશીલ છે. શોષણ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી ડોપ્લર-વિસ્તૃત સંક્રમણને માપે છે, તેથી સંતૃપ્ત શોષણ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી જેવી જ સંવેદનશીલતા પ્રાપ્ત કરવા માટે અણુઓને મિલીકેલ્વિન તાપમાનમાં ઠંડુ કરવું આવશ્યક છે. સંતૃપ્ત શોષણ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીનો સિદ્ધાંત નમૂનાને મિલીકેલ્વિન તાપમાન સુધી ઠંડુ કર્યા વિના ડોપ્લર વિસ્તરણની સમસ્યાને દૂર કરવા માટે, શાસ્ત્રીય પંપ-પ્રોબ યોજનાનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. પ્રમાણમાં ઊંચી તીવ્રતા ધરાવતું લેસર અણુ વરાળમાંથી મોકલવામાં આવે છે, જેને પંપ બીમ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. અન્ય કાઉન્ટર-પ્રોપેગેટિંગ નબળા બીમ પણ સમાન આવર્તન પર અણુઓ દ્વારા મોકલવામાં આવે છે, જેને પ્રોબ બીમ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. પ્રોબ બીમનું શોષણ બીમની વિવિધ આવૃત્તિઓ માટે ફોટોડાયોડ પર નોંધવામાં આવે છે. બે બીમ એક જ આવર્તન પર હોવા છતાં, તેઓ કુદરતી ઉષ્મીય ગતિને કારણે જુદા જુદા અણુઓને સંબોધિત કરે છે. જો અણુ સંક્રમણ આવર્તનના સંદર્ભમાં બીમ લાલ-અલગ હોય, તો પંપ બીમ બીમ સ્રોત તરફ આગળ વધતા અણુઓ દ્વારા શોષાય છે, જ્યારે પ્રોબ બીમ તે સ્રોતથી સમાન ઝડપે વિરુદ્ધ દિશામાં દૂર જતા અણુઓ દ્વારા શોષાય છે. જો બીમ વાદળી-અલગ હોય, તો વિપરીત થાય છે. જો, તેમ છતાં, લેસર લગભગ પ્રતિધ્વનિ પર હોય, તો આ બે બીમ સમાન અણુઓને સંબોધિત કરે છે, જે વેગ વેક્ટર સાથે લેસર પ્રસારની દિશાને લગભગ લંબરૂપ હોય છે. અણુ સંક્રમણના બે-સ્થિતિ અંદાજમાં, મજબૂત પંપ બીમ ઘણા અણુઓને ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં રાખશે; જ્યારે જમીનની સ્થિતિમાં અણુઓની સંખ્યા અને ઉત્તેજિત સ્થિતિ લગભગ સમાન હોય, ત્યારે સંક્રમણને સંતૃપ્ત કહેવામાં આવે છે. જ્યારે પ્રોબ બીમમાંથી ફોટોન અણુઓમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે એક સારી તક છે કે, જો તે અણુનો સામનો કરે છે, તો અણુ ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં હશે અને આમ ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનમાંથી પસાર થશે, જેમાં ફોટોન નમૂનામાંથી પસાર થશે. આમ, જેમ જેમ લેસર ફ્રિક્વન્સી રેઝોનન્સ તરફ આગળ વધે છે, તેમ તેમ દરેક અણુ સંક્રમણ (સામાન્ય રીતે હાયપરફાઇન રેઝોનન્સ) પર શોષણ સુવિધામાં એક નાનો ઘટાડો જોવા મળશે. પંપ બીમ જેટલો મજબૂત હોય છે, ગૌસીયન ડોપ્લર-વિસ્તૃત શોષણ સુવિધામાં વિશાળ અને ઊંડો ડૂબકી બને છે. સંપૂર્ણ પરિસ્થિતિઓમાં, ડૂબકીની પહોળાઈ સંક્રમણની કુદરતી રેખા પહોળાઈ સુધી પહોંચી શકે છે. બેથી વધુ અવસ્થાઓ ધરાવતી પ્રણાલી પર કાઉન્ટર-પ્રોપેગેટિંગ બીમની આ પદ્ધતિનું પરિણામ ક્રોસઓવર રેખાઓની હાજરી છે. જ્યારે બે સંક્રમણો એક જ ડોપ્લર-વિસ્તૃત સુવિધાની અંદર હોય છે અને એક સામાન્ય જમીનની સ્થિતિ શેર કરે છે, ત્યારે બે સંક્રમણો વચ્ચે બરાબર આવર્તન પર ક્રોસઓવર શિખર થઈ શકે છે. આ પંપ અને પ્રોબ બીમ બે અલગ-અલગ સંક્રમણો સાથે પડઘો પાડતા પરમાણુઓને ફરતા જોવાનું પરિણામ છે. પંપ બીમ જમીનની સ્થિતિને ખાલી કરી શકે છે, એક સંક્રમણને સંતૃપ્ત કરી શકે છે, જ્યારે પ્રોબ બીમ આ સંતૃપ્તિને કારણે જમીનની સ્થિતિમાં ઘણા ઓછા અણુઓ શોધે છે, અને તેનું શોષણ ઘટે છે. આ ક્રોસઓવર શિખરો ખૂબ જ મજબૂત હોઈ શકે છે, જે ઘણીવાર મુખ્ય સંતૃપ્ત શોષણ શિખરો કરતાં વધુ મજબૂત હોય છે. પરમાણુના શોષણ વર્ણપટનું ડોપ્લર વિસ્તરણ વિદ્યુતચુંબકીય ક્ષેત્ર સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા પરમાણુના વર્ણન અનુસાર, અણુ દ્વારા પ્રકાશનું શોષણ ઘટના ફોટોનની આવર્તન પર આધારિત છે. વધુ ચોક્કસપણે, શોષણની પહોળાઈ લોરેન્ટ્ઝિયન દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે (સંદર્ભ માટે, સામાન્ય રુબીડિયમ ડી-લાઇન સંક્રમણો માટે). જો આપણી પાસે ઓરડાના તાપમાને અણુ બાષ્પનો કોષ હોય, તો વેગનું વિતરણ મેક્સવેલ-બોલ્ટ્ઝમેન વિતરણને અનુસરશે જ્યાં અણુઓની સંખ્યા છે, બોલ્ટ્ઝમેન અચળાંક છે, અને તે અણુનું દળ છે. બિન-સાપેક્ષ ગતિના કિસ્સામાં ડોપ્લર અસર સૂત્ર અનુસાર, જ્યારે અણુ સ્થિર હોય ત્યારે અણુ સંક્રમણની આવર્તન ક્યાં હોય છે (જેની તપાસ કરવામાં આવી રહી છે). અને ના કાર્ય તરીકેનું મૂલ્ય વેગના વિતરણમાં દાખલ કરી શકાય છે. તેથી સ્પંદનના કાર્ય તરીકે શોષણનું વિતરણ ઓરડાના તાપમાને રુબીડિયમ અણુ માટે અડધા મહત્તમ પૂર્ણ પહોળાઈ સાથે ગૌસીયનના પ્રમાણસર હશે, તેથી, અણુ બાષ્પના મહત્તમ શોષણની તપાસ કરતી પ્રાયોગિક વ્યવસ્થામાં કોઈ વિશેષ યુક્તિ વિના, માપનની અનિશ્ચિતતા ડોપ્લર વિસ્તરણ દ્વારા મર્યાદિત થશે, પડઘોની મૂળભૂત પહોળાઈ દ્વારા નહીં. પ્રાયોગિક અનુભૂતિ જેમ પંપ અને પ્રોબ બીમમાં સમાન ચોક્કસ આવર્તન હોવું આવશ્યક છે, તેમ તેમના માટે સમાન લેસરમાંથી આવવું એ સૌથી અનુકૂળ ઉકેલ છે. પ્રોબ બીમ તેની તીવ્રતાને ઘટાડવા માટે તટસ્થ ઘનતા ફિલ્ટરમાંથી પસાર થતા પંપ બીમના પ્રતિબિંબમાંથી બનાવી શકાય છે. લેસરની આવર્તનને સારી રીતે ગોઠવવા માટે, પોલાણની તરંગલંબાઇને નિયંત્રિત કરતા પીઝોઇલેક્ટ્રિક ટ્રાન્સડ્યુસર સાથે ડાયોડ લેસરનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. ફોટોડાયોડના ઘોંઘાટને કારણે, લેસરની આવર્તનને સંક્રમણમાં ફેરવી શકાય છે અને ફોટોડાયોડનું વાંચન ઘણા સ્વીપ્સમાં સરેરાશ થાય છે. વાસ્તવિક અણુઓમાં, નમૂનાની ડોપ્લર રૂપરેખા (દા. ત.) માં કેટલીકવાર બેથી વધુ સુસંગત સંક્રમણો હોય છે. હાયપરફાઇન ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સાથે આલ્કલી અણુઓમાં). આ ક્રોસઓવર રેઝોનન્સ ઉપરાંત આ નવા રેઝોનન્સને કારણે શોષણ સુવિધામાં અન્ય ઘટાડાનો દેખાવ પેદા કરશે. રુબીડિયમ અણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીની સંતૃપ્ત શોષણ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી