Saturated absorption spectroscopy
संतृप्त अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी एक परमाणु या अणु की उसकी जमीनी अवस्था और उत्तेजित अवस्था के बीच संक्रमण आवृत्ति को मापती है। संतृप्त अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी में, दो प्रति-प्रसारक, अतिव्यापी लेजर किरणों को परमाणु गैस के नमूने के माध्यम से भेजा जाता है। जब लेजर की आवृत्ति संक्रमण आवृत्ति से मेल खाती है तो एक किरण उत्तेजित परमाणुओं या अणुओं में फोटॉन उत्सर्जन को उत्तेजित करती है। इन अतिरिक्त फोटॉनों के प्रकट होने तक लेजर आवृत्ति को बदलकर, सटीक संक्रमण आवृत्ति का पता लगाया जा सकता है। यह विधि कमरे के तापमान पर सटीक माप को सक्षम बनाती है क्योंकि यह डॉप्लर के विस्तार के प्रति असंवेदनशील है। अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी डॉप्लर-विस्तारित संक्रमण को मापती है, इसलिए संतृप्त अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी के समान संवेदनशीलता प्राप्त करने के लिए परमाणुओं को मिलीकेल्विन तापमान तक ठंडा किया जाना चाहिए। संतृप्त अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी का सिद्धांत डोपलर के विस्तार की समस्या को दूर करने के लिए नमूने को मिलिकेल्विन तापमान तक ठंडा किए बिना, एक शास्त्रीय पंप-जांच योजना का उपयोग किया जाता है। अपेक्षाकृत उच्च तीव्रता वाला एक लेजर परमाणु वाष्प के माध्यम से भेजा जाता है, जिसे पंप बीम के रूप में जाना जाता है। एक अन्य प्रति-प्रसारक कमजोर किरण को भी उसी आवृत्ति पर परमाणुओं के माध्यम से भेजा जाता है, जिसे प्रोब किरण के रूप में जाना जाता है। प्रोब किरण का अवशोषण किरणों की विभिन्न आवृत्तियों के लिए एक फोटोडायोड पर दर्ज किया जाता है। हालाँकि दोनों किरणें एक ही आवृत्ति पर हैं, लेकिन वे प्राकृतिक तापीय गति के कारण अलग-अलग परमाणुओं को संबोधित करती हैं। यदि बीम परमाणु संक्रमण आवृत्ति के संबंध में लाल-विच्छेदित हैं, तो पंप बीम को बीम स्रोत की ओर बढ़ने वाले परमाणुओं द्वारा अवशोषित किया जाएगा, जबकि प्रोब बीम को उस स्रोत से उसी गति से विपरीत दिशा में जाने वाले परमाणुओं द्वारा अवशोषित किया जाएगा। यदि किरणें नीली-विच्छेदित हैं, तो विपरीत होता है। यदि, हालांकि, लेजर लगभग अनुनाद पर है, तो ये दोनों किरणें एक ही परमाणुओं को संबोधित करती हैं, जिनके वेग वैक्टर लेजर प्रसार की दिशा के लगभग लंबवत होते हैं। परमाणु संक्रमण के दो-अवस्था सन्निकटन में, मजबूत पंप किरण कई परमाणुओं को उत्तेजित अवस्था में होने का कारण बनेगी; जब जमीनी अवस्था और उत्तेजित अवस्था में परमाणुओं की संख्या लगभग बराबर होती है, तो संक्रमण को संतृप्त कहा जाता है। जब प्रोब बीम से एक फोटॉन परमाणुओं के माध्यम से गुजरता है, तो एक अच्छी संभावना होती है कि, यदि यह एक परमाणु का सामना करता है, तो परमाणु उत्तेजित अवस्था में होगा और इस प्रकार उत्तेजित उत्सर्जन से गुजरेगा, जिसमें फोटॉन नमूने से गुजरता है। इस प्रकार, जैसे-जैसे लेजर आवृत्ति अनुनाद के पार बहती है, प्रत्येक परमाणु संक्रमण (आम तौर पर अतिसूक्ष्म अनुनाद) पर अवशोषण सुविधा में एक छोटी सी गिरावट देखी जाएगी। पंप बीम जितना मजबूत होता है, गॉसियन डॉप्लर-विस्तारित अवशोषण सुविधा में डुबकी उतनी ही व्यापक और गहरी हो जाती है। सही परिस्थितियों में, डुबकी की चौड़ाई संक्रमण की प्राकृतिक रेखा चौड़ाई तक पहुंच सकती है। दो से अधिक अवस्थाओं वाली प्रणाली पर काउंटर-प्रोपेगेटिंग बीम की इस विधि का एक परिणाम क्रॉसओवर लाइनों की उपस्थिति है। जब दो संक्रमण एक एकल डॉपलर-विस्तारित विशेषता के भीतर होते हैं और एक सामान्य जमीनी स्थिति साझा करते हैं, तो दोनों संक्रमणों के बीच एक आवृत्ति पर एक क्रॉसओवर शिखर हो सकता है। यह दो अलग-अलग संक्रमणों के साथ प्रतिध्वनित पंप और प्रोब किरणों को देखने वाले गतिशील परमाणुओं का परिणाम है। पंप बीम जमीन की स्थिति को निर्वासित कर सकता है, एक संक्रमण को संतृप्त कर सकता है, जबकि प्रोब बीम इस संतृप्ति के कारण जमीन की स्थिति में बहुत कम परमाणु पाता है, और इसका अवशोषण गिर जाता है। ये क्रॉसओवर चोटियाँ काफी मजबूत हो सकती हैं, जो अक्सर मुख्य संतृप्त अवशोषण चोटियों की तुलना में अधिक मजबूत होती हैं। एक परमाणु के अवशोषण स्पेक्ट्रम का डॉप्लर विस्तार विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ बातचीत करने वाले परमाणु के विवरण के अनुसार, परमाणु द्वारा प्रकाश का अवशोषण आपतित फोटॉनों की आवृत्ति पर निर्भर करता है। अधिक सटीक रूप से, अवशोषण की विशेषता चौड़ाई (संदर्भ के लिए, सामान्य रूबिडियम डी-लाइन संक्रमणों के लिए) के लॉरेंट्ज़ियन द्वारा की जाती है। यदि हमारे पास कमरे के तापमान पर परमाणु वाष्प की एक कोशिका है, तो वेग का वितरण मैक्सवेल-बोल्ट्जमैन वितरण का अनुसरण करेगा जहां परमाणुओं की संख्या है, बोल्ट्जमैन स्थिरांक है, और परमाणु का द्रव्यमान है। गैर-सापेक्ष गति के मामले में डॉप्लर प्रभाव सूत्र के अनुसार, जब परमाणु आराम में होता है (जिसकी जांच की जा रही है) तो परमाणु संक्रमण की आवृत्ति कहाँ होती है। एक फलन के रूप में का मान और वेगों के वितरण में डाला जा सकता है। इसलिए स्पंदन के एक कार्य के रूप में अवशोषण का वितरण कमरे के तापमान पर एक रूबिडियम परमाणु के लिए पूर्ण चौड़ाई के साथ एक गौसियन के समानुपाती होगा, इसलिए, परमाणु वाष्प के अधिकतम अवशोषण की जांच करने वाले प्रयोगात्मक सेटअप में किसी विशेष चाल के बिना, माप की अनिश्चितता डॉप्लर के विस्तार से सीमित होगी न कि अनुनाद की मौलिक चौड़ाई से। प्रायोगिक प्राप्ति चूंकि पंप और प्रोब बीम की सटीक आवृत्ति समान होनी चाहिए, इसलिए उनके लिए सबसे सुविधाजनक समाधान एक ही लेजर से आना है। प्रोब बीम को इसकी तीव्रता को कम करने के लिए तटस्थ घनत्व फिल्टर से गुजरने वाले पंप बीम के प्रतिबिंब से बनाया जा सकता है। लेजर की आवृत्ति को ठीक करने के लिए, गुहा तरंग दैर्ध्य को नियंत्रित करने वाले पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर के साथ एक डायोड लेजर का उपयोग किया जा सकता है। फोटोडायोड शोर के कारण, लेजर आवृत्ति को संक्रमण के पार ले जाया जा सकता है और फोटोडायोड रीडिंग कई स्वीप पर औसत होती है। वास्तविक परमाणुओं में, कभी-कभी नमूने के डॉपलर प्रोफाइल के भीतर दो से अधिक प्रासंगिक संक्रमण होते हैं (जैसे। क्षारीय परमाणुओं में अति सूक्ष्म अंतःक्रियाओं के साथ)। यह क्रॉसओवर अनुनाद के अलावा इन नए अनुनादों के कारण अवशोषण सुविधा में अन्य गिरावट का आभास उत्पन्न करेगा। रुबिडियम परमाणु भौतिकी स्पेक्ट्रोस्कोपी की संतृप्त अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी