Saturated absorption spectroscopy
سنترپت جذب سپیکٹروسکوپی کسی ایٹم یا مالیکیول کی اس کی زمینی حالت اور پرجوش حالت کے درمیان منتقلی کی تعدد کی پیمائش کرتی ہے۔ سنترپت جذب سپیکٹروسکوپی میں، دو انسداد پھیلاؤ، اوور لیپڈ لیزر بیم جوہری گیس کے نمونے کے ذریعے بھیجے جاتے ہیں۔ بیموں میں سے ایک پرجوش ایٹموں یا مالیکیولز میں فوٹون کے اخراج کو متحرک کرتا ہے جب لیزر کی فریکوئنسی منتقلی کی فریکوئنسی سے میل کھاتی ہے۔ لیزر فریکوئنسی کو تبدیل کرکے جب تک کہ یہ اضافی فوٹون ظاہر نہ ہوں، کوئی بھی منتقلی کی صحیح فریکوئنسی تلاش کر سکتا ہے۔ یہ طریقہ کمرے کے درجہ حرارت پر درست پیمائش کو قابل بناتا ہے کیونکہ یہ ڈوپلر کو وسیع کرنے کے لیے غیر حساس ہے۔ جذب سپیکٹروسکوپی ڈوپلر وسیع تر منتقلی کی پیمائش کرتی ہے، لہذا ایٹموں کو ملی کیلون درجہ حرارت پر ٹھنڈا کیا جانا چاہیے تاکہ اسی حساسیت کو حاصل کیا جا سکے جو سنترپت جذب سپیکٹروسکوپی ہے۔ سنترپت جذب سپیکٹروسکوپی کا اصول ڈوپلر کے وسیع ہونے کے مسئلے پر قابو پانے کے لیے نمونے کو ملی کیلون درجہ حرارت تک ٹھنڈا کیے بغیر، ایک کلاسیکی پمپ پروب اسکیم استعمال کی جاتی ہے۔ نسبتا زیادہ شدت والا لیزر جوہری بخارات کے ذریعے بھیجا جاتا ہے، جسے پمپ بیم کہا جاتا ہے۔ ایک اور انسداد پھیلاؤ والی کمزور بیم بھی ایٹموں کے ذریعے اسی تعدد پر بھیجی جاتی ہے، جسے پروب بیم کہا جاتا ہے۔ بیم کی مختلف تعدد کے لیے پروب بیم کا جذب فوٹوڈیوڈ پر ریکارڈ کیا جاتا ہے۔ اگرچہ دونوں بیم ایک ہی تعدد پر ہیں، لیکن وہ قدرتی تھرمل حرکت کی وجہ سے مختلف ایٹموں سے خطاب کرتے ہیں۔ اگر بیموں کو جوہری منتقلی کی تعدد کے حوالے سے سرخ رنگ سے الگ کیا جاتا ہے، تو پمپ بیم بیم ماخذ کی طرف بڑھنے والے ایٹموں کے ذریعے جذب ہو جائے گا، جبکہ پروب بیم مخالف سمت میں اسی رفتار سے اس ماخذ سے دور جانے والے ایٹموں کے ذریعے جذب ہو جائے گا۔ اگر بیم نیلے رنگ سے الگ ہوتے ہیں، تو اس کے برعکس ہوتا ہے۔ اگر، تاہم، لیزر تقریبا گونج پر ہے، تو یہ دونوں بیم ایک ہی ایٹموں سے خطاب کرتے ہیں، جن کی رفتار ویکٹر لیزر کے پھیلاؤ کی سمت سے تقریبا عمودی ہوتی ہے۔ جوہری منتقلی کے دو ریاستی تخمینے میں، مضبوط پمپ بیم بہت سے ایٹموں کو پرجوش حالت میں ہونے کا سبب بنے گا۔ جب زمینی حالت اور پرجوش حالت میں ایٹموں کی تعداد تقریبا برابر ہوتی ہے، تو منتقلی کو سنترپت کہا جاتا ہے۔ جب پروب بیم سے ایک فوٹون ایٹموں سے گزرتا ہے، تو اس بات کا ایک اچھا امکان ہوتا ہے کہ، اگر اس کا سامنا کسی ایٹم سے ہوتا ہے، تو ایٹم پرجوش حالت میں ہوگا اور اس طرح محرک اخراج سے گزرے گا، جس میں فوٹون نمونے سے گزرتا ہے۔ اس طرح، جیسے جیسے لیزر فریکوئنسی گونج کے پار بہہ جاتی ہے، جذب کی خصوصیت میں ایک چھوٹی سی کمی ہر جوہری منتقلی (عام طور پر ہائپر فائن گونج) پر مشاہدہ کی جائے گی۔ پمپ بیم جتنا مضبوط ہوتا ہے، گوسیئن ڈوپلر وسیع جذب کی خصوصیت میں ڈپس اتنے ہی وسیع اور گہرے ہوتے جاتے ہیں۔ کامل حالات میں، ڈپ کی چوڑائی منتقلی کی قدرتی لکیر کی چوڑائی تک پہنچ سکتی ہے۔ دو سے زیادہ حالتوں والے نظام پر کاؤنٹر پروپیگیٹنگ بیم کے اس طریقہ کار کا نتیجہ کراس اوور لائنوں کی موجودگی ہے۔ جب دو ٹرانزیشن ایک ہی ڈوپلر وسیع خصوصیت کے اندر ہوتے ہیں اور ایک مشترکہ زمینی حالت کا اشتراک کرتے ہیں، تو دونوں ٹرانزیشن کے درمیان بالکل تعدد پر ایک کراس اوور چوٹی واقع ہو سکتی ہے۔ یہ حرکت پذیر ایٹموں کے پمپ اور پروب بیموں کو دو الگ الگ منتقلی کے ساتھ گونجتے ہوئے دیکھنے کا نتیجہ ہے۔ پمپ بیم زمینی حالت کو آباد کرنے کا سبب بن سکتا ہے، ایک منتقلی کو سیر کر سکتا ہے، جبکہ پروب بیم اس سنترپتی کی وجہ سے زمینی حالت میں بہت کم ایٹم ڈھونڈتا ہے، اور اس کا جذب گر جاتا ہے۔ یہ کراس اوور چوٹیاں کافی مضبوط ہو سکتی ہیں، جو اکثر اہم سنترپت جذب چوٹیوں سے زیادہ مضبوط ہوتی ہیں۔ ایٹم کے جذب سپیکٹرم کی ڈوپلر توسیع برقی مقناطیسی میدان کے ساتھ تعامل کرنے والے ایٹم کی وضاحت کے مطابق، ایٹم کے ذریعہ روشنی کا جذب واقع فوٹونوں کی تعدد پر منحصر ہوتا ہے۔ مزید واضح طور پر، جذب کی خصوصیت κ/2 چوڑائی کے لورینٹزیئن سے ہوتی ہے (حوالہ کے لیے، عام روبیڈیم ڈی لائن ٹرانزیشن کے لیے)۔ اگر ہمارے پاس کمرے کے درجہ حرارت پر جوہری بخارات کا خلیہ ہے، تو رفتار کی تقسیم میکسویل-بولٹزمین کی تقسیم کے بعد ہوگی جہاں ایٹموں کی تعداد ہے، بولٹزمین مستقل ہے، اور ایٹم کی کمیت ہے۔ غیر رشتہ دار رفتار کے معاملے میں ڈوپلر اثر فارمولے کے مطابق، جب ایٹم آرام میں ہوتا ہے (جس کی جانچ کی جا رہی ہے) تو جوہری منتقلی کی تعدد کہاں ہوتی ہے۔ کی قدر بطور فنکشن اور رفتار کی تقسیم میں داخل کی جا سکتی ہے۔ لہذا دھڑکن کے فنکشن کے طور پر جذب کی تقسیم ایک گوسیئن کے متناسب ہوگی جس کی مکمل چوڑائی نصف زیادہ سے زیادہ ہوگی کمرے کے درجہ حرارت پر ایک روبیڈیم ایٹم کے لیے، لہذا، جوہری بخارات کے زیادہ سے زیادہ جذب کی تحقیقات کرنے والے تجرباتی سیٹ اپ میں کسی خاص چال کے بغیر، پیمائش کی غیر یقینی صورتحال ڈوپلر کے وسیع ہونے سے محدود ہوگی نہ کہ گونج کی بنیادی چوڑائی سے۔ تجرباتی احساس چونکہ پمپ اور پروب بیم کی ایک ہی عین تعدد ہونی چاہیے، اس لیے ان کے لیے سب سے آسان حل ایک ہی لیزر سے آنا ہے۔ پروب بیم کو پمپ بیم کی عکاسی سے بنایا جا سکتا ہے جو اس کی شدت کو کم کرنے کے لیے غیر جانبدار کثافت فلٹر سے گزرتا ہے۔ لیزر کی فریکوئنسی کو ٹھیک کرنے کے لیے، پیزو الیکٹرک ٹرانسڈیوسر کے ساتھ ایک ڈایڈڈ لیزر استعمال کیا جا سکتا ہے جو گہا کی طول موج کو کنٹرول کرتا ہے۔ فوٹوڈیوڈ شور کی وجہ سے، لیزر فریکوئنسی کو ٹرانزیشن کے پار بہایا جا سکتا ہے اور فوٹوڈیوڈ ریڈنگ کا اوسط کئی سویپس پر ہوتا ہے۔ حقیقی ایٹموں میں، نمونے کے ڈوپلر پروفائل کے اندر بعض اوقات دو سے زیادہ متعلقہ ٹرانزیشن ہوتے ہیں (مثال کے طور پر۔ الکالی ایٹموں میں ہائپر فائن تعاملات کے ساتھ)۔ یہ کراس اوور گونج کے علاوہ ان نئی گونج کی وجہ سے جذب کی خصوصیت میں دیگر ڈپس کا ظہور پیدا کرے گا۔ حوالہ جات سیچوریٹڈ ابسورپشن سپیکٹروسکوپی آف روبیڈیم اٹامک فزکس سپیکٹروسکوپی