本文關(guān)鍵詞：簡并四波混頻光譜技術(shù)—同位素的測量分析及相位共軛波畸變修正　出處：《西北大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著同位素在地質(zhì)學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、考古學(xué)、環(huán)境科學(xué)等學(xué)科中廣泛應(yīng)用,同位素的測量和分析成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。如何使用方便、快捷、可靠、低耗的方法來對同位素進(jìn)行測量,已經(jīng)成為同位素應(yīng)用中的重要研究課題。本文中,采用簡并四波混頻(Degenerate four-wave mixing, DFWM)非線性光譜技術(shù)對同位素進(jìn)行測量分析。首先測量鋰(Li)同位素比率,探索測量過程中最佳實(shí)驗(yàn)條件,并對DFWM過程的光柵機(jī)制進(jìn)行深入研究,在該理論基礎(chǔ)上對銣(Rb)和銫(Cs)同位素進(jìn)行了測量分析,最后根據(jù)DFWM相位共軛原理對波前畸變修正進(jìn)行了研究。具體工作和主要?jiǎng)?chuàng)新成果包括：精確測量了Li同位素比率,首先研究了樣品濃度以及入射光功率對Li原子DFWM信號的影響特性,確定了測量Li同位素比率的最佳實(shí)驗(yàn)條件。同時(shí)改變樣品濃度,觀察最佳功率的變化情況,說明測量不同濃度樣品時(shí)要考慮相應(yīng)功率的變化。在最佳條件下測得Li標(biāo)準(zhǔn)樣品中Li同位素比率為11.571±0.003。作為對照,采用原子吸收光譜(AAS)對Li標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行了測量,所得數(shù)值為11.645±0.002。二者結(jié)果接近,證明了DFWM測量結(jié)果的可信性。在此基礎(chǔ)上,測量了實(shí)際巖石樣品中的Li同位素,結(jié)果表明由于樣品中其他元素的存在,會(huì)導(dǎo)致譜線展寬降低光譜分辨率,而且不同種類巖石導(dǎo)致的展寬也不同,此結(jié)果影響了Li同位素的精確測量。本研究證明了DFWM用于同位素測量的可行性,并對樣品的測量、尤其是實(shí)際樣品有指導(dǎo)性作用。以Rb單質(zhì)為樣品,理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)對相位共軛簡并四波混頻(Phase-conjugate degenerate four-wave mixing, PCDFWM)過程中的激光誘導(dǎo)光柵(Electromagnetically induced grating, EIG)機(jī)制進(jìn)行了研究。首先,通過改變后向泵浦功率與前向泵浦和探測光的功率研究了信號的變化特性。從密度矩陣運(yùn)動(dòng)方程推導(dǎo)出信號強(qiáng)度表達(dá)式,得到相干光柵對DFWM信號影響大于布居光柵的結(jié)論。其次,研究了DFWM信號隨樣品溫度的變化特性,分析溫度對原子數(shù)密度以及譜線寬度的影響。最后,研究了入射光偏振對DFWM信號的影響特性,用三階非線性極化率張量推導(dǎo)信號光偏振分量隨入射光偏振的變化,進(jìn)行理論模擬,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,證明EIG機(jī)制可以很好的描述DFWM的物理過程。本研究為提高DFWM效率提供了有用的理論依據(jù)。以石墨爐為原子化器,確定了DFWM測量痕量元素的檢出限,并研究了基體效應(yīng)和共振吸收對檢出限的影響特性。首先,推導(dǎo)出了DFWM方法檢出限的表達(dá)式,以RbCl為樣品,確定了石墨爐中Rb的檢出限為7.02 ng/mL。然后以不同濃度的硝酸(HN03)、硝酸鈉(NaNO3)、硝酸鉀(KNO3)、硝酸銫(CsNO3)作為基體改進(jìn)劑,研究了它們對Rb原子DFWM信號的影響特性。結(jié)果表明,這些基體改進(jìn)劑可以有效增強(qiáng)Rb原子的DFWM信號,增強(qiáng)程度與金屬原子的濃度和電離電位有關(guān)。比較了原溶液和加入基體改進(jìn)劑后Rb的檢出限,發(fā)現(xiàn)基體改進(jìn)劑可以有效降低檢出限,以CsNO3為基體,得到Rb的檢出限為0.90 ng/mL,降低了一個(gè)數(shù)量級。該結(jié)論對于Rb元素的痕量、甚至超痕量測量具有指導(dǎo)意義,對DFWM的實(shí)際應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值。以Rb原子蒸氣為樣品,根據(jù)相位共軛理論研究了PCDFWM過程中探測光的光強(qiáng)分布對相位共軛信號光強(qiáng)分布的影響。由于自相位調(diào)制效應(yīng),激光通過非線性介質(zhì)后,其橫向光強(qiáng)分布會(huì)發(fā)生改變。根據(jù)這個(gè)原理,實(shí)驗(yàn)中使一束激光通過乙醇溶液后再作為探測光參與Rb原子蒸氣中的PCDFWM過程。結(jié)果表明,PCDFWM信號的光強(qiáng)分布與探測光一致。基于此,將PCDFWM用于修正空心光束傳輸畸變,采用螺旋相位板產(chǎn)生空心光束,以此空心光束為探測光,并在該光束上加入畸變介質(zhì),觀察PCDFWM信號的光強(qiáng)分布情況,結(jié)果表明,PCDFWM信號的光強(qiáng)分布與未加入畸變介質(zhì)一致,即利用PCDFWM可以有效地修正波前畸變。該研究對于光信號的產(chǎn)生與空間傳輸具有重要意義。
[Abstract]:In this paper , the authors have studied the effects of isotope ratios of Li isotopes on the samples of Li atoms . The results of this study are as follows : Firstly , the authors measured the isotopic ratios of Li isotopes , studied the best experimental conditions in the process of measuring Li isotopes . Based on the principle of phase conjugation , the detection limit of the detection limit of the DFWM is determined . The results show that the detection limit of the detection limit of the DFWM is 7.02 ng / mL . The results show that the detection limit of the DFWM is 7.02 ng / mL .

【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O433

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本文編號：1417922