Espectroscòpia de saturació lliure d'efecte Doppler

l'espectroscòpia de saturació lliure d'efecte Doppler és una tècnica espectroscópica que permet conéixer en relativa facilitat la freqüència d'una transició atòmica o molecular per mig de l'us de làser.

Introducció

En l'invenció del làser en la década dels 60, l'espectroscòpia de precisió d'àtoms i molècules es va fer realitat. Gràcies al fet de ser una font coherent de llum cuasi monocromàtica, el làser va permetre resoldre en gran exactitut l'estructura energètica d'àtoms i molècules. L'espectroscòpia làser també pavimentó el camí cap a importants desenrolls en el camp de la física de la matéria condensada que varen tindre lloc en les décades posteriors, culminant en 1995 en la realisació del condensado de Bose-Einstein en gasos alcalinos. .

En la majoria de laboratoris a on es treballa en refredat per làser i captura d'àtoms, la tècnica ací mencionada és àmpliament utilisada per a immovilisar la freqüència del làser a una llínea de transició atòmica o molecular concreta.

Teoria de l'espectroscòpia de saturació

En general, una espectroscòpia proporciona informació sobre l'intensitat transmesa (o absorbida) pel sistema en estudi en funció de la freqüència (o de la llongitut d'ona) de la llum incident. Idealment, un sistema que és excitat a un determinat nivell energètic deuria desexcitarse i tornar al seu estat fonamental (física) emetent radiació en una determinada freqüència (o llongitut d'ona), això equival a dir que la curva d'intensitat deuria mostrar un màxim de tipo delta (delta de Dirac) en una determinada freqüència. No obstant, per raons quàntiques, tot nivell energètic té associada una indeterminación (Principi d'incertitut de Heisenberg) per lo que, ya d'entrada, el màxim d'intensitat tindrà un cert esgambi, o en atres paraules, inclourà un ranc de freqüències en lloc d'una única.

Ademés d'esta eixamplada d'orige intern, existix un atre factor que modifica la transmissió (o absorció) d'un sistema gaseós: l'efecte Doppler. Degut a que els àtoms (o molècules) d'un determinat gas estan en continu moviment, la freqüència en la que un observador extern els veu depén de la seua velocitat.

Suponent que els àtoms es mouen en un sol eix, coincidint este en la direcció de visualisació, si s'acosten a l'observador, este els percebrà en una freqüència major a la que realment tenen, i en el cas contrari, si els àtoms s'allunten de l'observador, este els vorà en menor freqüència. Si l'observador és el làser que té que excitar el sistema, la mateixa norma s'aplica i diferents àtoms en diferents velocitats s'excitaren en diferents freqüències, per lo que obtindrem un ranc de transmissió (o absorbancia) al voltant de la freqüència teòrica o freqüència de resonància. L'espectroscòpia de saturació pretén eliminar d'algun modo esta eixamplada per l'efecte Doppler.

Si tan solament s'utilisara el fes de sondeig i s'analisara la senyal obtinguda en un fotodiodo, el resultat seria una curva d'intensitat de perfil gaussiano (en efecte Doppler). (Figura 2)

Figura 2: Curva de transmissió del fes de sondeig.

No obstant en introduir el fes de bombeig, s'obté un màxim molt més definit, també conegut com a pico de Lamb, en honor al científic Willis Eugene Lamb (Figura 3). Este pico proporciona directament la freqüència de la transició atòmica.

Figura 3: Curva de transmissió conjunta del fes de sondeig i del fes de bombeig.)

Vore també

• Espectroscòpia d'absorció atòmica (AA)
• Nivell energètic