相位移干涉術於銣原子飽和吸收光譜測量

Phase Shifting Interferometry on Saturated Absorption Spectroscopy of Rubidium Atoms

劉智遠(Chih-Yuan Liu)

指導教授 ： 韓殿君

國立中正大學/理學院/物理學系/碩士(2014年)

摘要

本論文主要是利用雷射光同調性的特性來做相位上的干涉與量測，其目的乃為探討雷射光在互相干涉的情況下如何以參考光增強整體干涉訊號，藉以還原探測光經由原子團所造成的額外光學相位變化。

在實驗上,我們使用Mach-Zehnder式干涉儀，將探測光經過銣原子與另外一道沒經過銣原子的參考光作干涉，由此測得銣原子所造成的干涉訊號。由於實驗上必須使用到非常弱的探測光，以避免影響到原子團能階上的分佈，而在很弱的探測光下勢必對訊號上的處理造成問題，甚至無法直接使用photo diode來做原子團相位上的量測。因此參考光在此就扮演了非常重要的角色。藉由增強參考光的強度，亦將達成干涉訊號放大的效果，因而能有效重建原子的訊息。

此外，我們使用兩種不同的實驗量測方式來重建原子團所造成的相位移。其一是使用相位儀干涉術(phase shifting interferometry, 簡稱PSI)，乃利用電子電路元件回饋至壓電轉換器以控制兩條手臂上的光程差，使得干涉訊號分別被調置於0、90、180、270度，並藉以還原銣原子所夾帶的相位改變。而另外一種方式乃直接藉由鎖相控制在90度的位置，以干涉訊號、參考光、吸收訊號直接作相位上的回解，此兩種方式都將於本論文中作詳細介紹。

利用雷射光內部腔長之控制，使得我們可以調變雷射頻率，以測得銣原子在不同頻率範圍下所造成的相位變化。對於該與頻率相依的相位訊號之分析與處理，正是本論文主所要探討的。在未來，我們可以將該量測方式推廣，並進而觀測干涉影像，以直接解析原子團空間上的相位分佈。

關鍵字

銣原子 ； 飽和吸收光譜 ； 相位移干涉術

並列摘要

We demonstrate a new way to detect the information of hot atoms which called PSI (phase shifting interferometry). The PSI method is a convolution of 4 equal steps phase shifts of interference signals which are 0, 90, 180 and 270 degrees. In order not to disturb the population of atoms we use an extremely low intensity of probe beam to detect the atoms. But when the absorption signal of probe beam becomes hard to be detected at this time we used another reference beam to enhance the interference term. In this method it can adjust the S/N (signal to noise ratio) directly by using a more strong intensity of reference beam. In this way we can minimize the damage to the atoms and at the same time also retrieve back the original information of atom. In this paper we will show how to use a very weak intensity of probe beam to detect the hot atoms and enhance the S/N of atomic phase.

並列關鍵字

Rubidium Atoms ； Phase Shifting Interferometry ； Saturated Absorption Spectroscopy

參考文獻

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