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      1. 雙十皮米尺度超快波包干涉量子條紋的測量

        Date:2022/6/24 10:15:14 / Read: / Source:本站

        雙十皮米尺度超快波包干涉量子條紋的測量
            當一個弱非諧性系統中的數個量了態被共振激發時,該系統的時間演化特性
        是波包回復現象,即起初空間定域很好的波包先彌散后再經過一段精確的回復時
        間后,重新回復到起始的形狀。如前所述,如果該精確延時為半周期回復時間,
        則波包包含兩個起始波包的副木,位相相差半個振動周期。理論表明對于該特殊
        情形,當兩個相向傳播的波包在空間相遇時,將形成顯著的干涉現象。另外,詳
        細的理論分析表明,形成的干涉條紋對于相鄰的兩次相遇具有倒相關系。
            實驗中可利用飛秒泵浦一探測技術對I,,蒸氣的激發態波包動力學進行測量實現
        上述現象的實驗觀測。利用激發光的寬帶寬,將12分子激發到平均振動量子數萬
        =14附近的振動相干疊加態,形成一定域波包。對于I,,分子的B態,其光譜已}‘分
        清楚,對于,1=14的相干疊加態,已知Tczo.3Ps, Trevz37Ps,且Trev>>Tc滿足在激
        發態形成若干非諧性振動態的條件。因此在Trev/4} 9.3Ps附近,預期該系統發生半
        周期回復現象(圖1.22)。兩個位相相差半個振動周期的波包將在勢阱內振蕩。
        理論預言,波包干涉形成的節點將分布在核間距為3.1"'3.4入的區間內,對應兩個
        波包相遇的區間。更為重要的是,在該區間內形成的波包干涉條紋,在兩個相鄰
        的干涉事件內發生倒相過程,即原先極大變成極小,而極小變成極大。
          在To時刻,兩列波包分別定域在勢能面的折返點處,并相向傳播。在To+Tc/4時刻,兩列波包在空間重
          合后相干,形成一穩態的波,持續至兩列波分開為止。在To+Tc/2時刻,兩列波包在折返點處互換位置
            后再次相向傳播。在To十3Tc/4時刻,兩列波包再次相干,干涉波的位相和前次相比,相差二(見虛豎
                                                          線)
            飛秒泵浦一探測技術可用于上述干涉節點的觀測,難點在于如何取得足夠高的
        時間和空間的分辨率。
            圖1.23所示為將振動波包的運動映射成可測信號,即通過探測激光在某些特殊
        的核間距即所謂的“瞬態Franck-Condon點”將波包共振激發至更高的激發態。波長
        范圍在382^-391nm處的探測光誘導將產生B態到E態的躍遷,記錄由E態發出的激
        光誘導熒光強度隨泵浦一探測延時的變化。通過改變探測光波長,選擇在不同的核
        間距進行激發。每一探測光截取相應波包波函數的截面,由此可以探測波包在時
        間和空間的交會。實驗中探測光為一高斯型脈沖
                                            圖1.23(a)
                                                12 BO二舊3 I I uv)
            態的勢能曲線以及振動波包兩次經過半周期回復處,兩列波包相遇時形成干涉條紋的情
                      形;(b)瞬態Franck-Condon點(rFC)與探測波長的關系
            式中,VB (r)和VE (r)為B電子態和E電子態的勢能,上式清楚地表明,瞬
        態信號測量到的是在Franck-Condon點左右的窗口△rFC內振動波函數模平方,在
        該探測窗口內VE (rFC) -VB (rFC) =1WF1.成立,且Franck-Condon點與探測波長
        兒乎成線性關系。為了分辨含節點的波包的干涉條紋,要求Franck-Condon的窗
        日寬度
        小于運動波包相對應的de Broglie物質波波長(純B)的一半。該關系設定了探測
        激光脈沖的譜寬的上限以及脈寬的下限。另一方面,為了觀測相鄰兩次波包相遇
        形成干涉條紋的兀相移,探測光的脈寬須小于振動周期的一半。在上述限制條件
        下,泵浦一探測信號可近似為:
            圖1.23 (b)清楚地表明,通過掃描波長范圍在382' 391nm的探測光,便可
        測量核間距在3.32'3.3從振動波函數的模平方。
            根據實驗參數估算得出純B--o.o8入,并由圖1.23和探測激光的脈寬依據△TFC的
        計算公式可得出△rFC--0.014A,另外TC;33ofs,并且條件Tp1.<Tc/2成立。在上述
        條件下,可以實現對出現在延時約為9.3Ps處的皮米尺度干涉條紋結構進行實驗測
          F習
        ,里.。
            實驗中加熱的12/Al.(約310K,約latm )棍合氣體經噴嘴膨脹到真空室,經
        另一束窄帶染料激光測量B^-X態熒光激發譜,估算出L,分子系綜的振動和轉動溫
        度分別為約巧K和(220士40)K。泵浦探測實驗中所采用的激光脈寬約為roofs,
        重復頻率為1kHz,對激發光而言,典型的譜寬度約lonm,探測光為2.6nma
            如圖1.24所示,在早期階段,反映振動波包運動的振蕩信號清晰可辨。大約
        經5Ps后,由于波包的彌散,清晰的振蕩周期現象消失。大約經9ps,振蕩現象又
        開始變得明顯,然而在這一階段,振蕩現象對探測光波長十分敏感,如9^-lops的
        放大圖所示。對極大值與極小值的變化進行細致觀察發現,當探測光波一長由
        9 R O n m i.F*1荃0n1nm時_播分佰平紹桿b寧寸夕鷹駒}播月、佰_聳存,3Rr_ Qnm好壓了一個v
        圖1.24   (a)實驗中應用587niii泵浦光及不同波長探測光(中心波長如圖中標注所示,單
          位nm)所測到的泵浦一探測信號。每組曲線以頭三個振蕩周期的強度為基準進行歸一。
          (b) 9^-lops時間尺度內實驗曲線的放大圖,以及理論模擬曲線(虛線),顯示隨著探測
                            波長的改變,振蕩強度有極大值到極小值的變化

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