Saturated absorption spectroscopy
ಸ್ಯಾಚುರೇಟೆಡ್ ಅಬ್ಸಾರ್ಪ್ಷನ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಯು ಪರಮಾಣು ಅಥವಾ ಅಣುವಿನ ಅದರ ನೆಲದ ಸ್ಥಿತಿ ಮತ್ತು ಉತ್ತೇಜಿತ ಸ್ಥಿತಿಯ ನಡುವಿನ ಪರಿವರ್ತನೆಯ ಆವರ್ತನವನ್ನು ಅಳೆಯುತ್ತದೆ. ಸ್ಯಾಚುರೇಟೆಡ್ ಅಬ್ಸಾರ್ಪ್ಷನ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಯಲ್ಲಿ, ಎರಡು ಪ್ರತಿ-ಹರಡುವ, ಅತಿಕ್ರಮಿಸಿದ ಲೇಸರ್ ಕಿರಣಗಳನ್ನು ಪರಮಾಣು ಅನಿಲದ ಮಾದರಿಯ ಮೂಲಕ ಕಳುಹಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಲೇಸರಿನ ಆವರ್ತನವು ಪರಿವರ್ತನೆಯ ಆವರ್ತನಕ್ಕೆ ಹೊಂದಿಕೆಯಾದಾಗ ಒಂದು ಕಿರಣವು ಉತ್ತೇಜಿತ ಪರಮಾಣುಗಳು ಅಥವಾ ಅಣುಗಳಲ್ಲಿ ಫೋಟಾನ್ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯನ್ನು ಪ್ರಚೋದಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಫೋಟಾನ್ಗಳು ಕಾಣಿಸಿಕೊಳ್ಳುವವರೆಗೆ ಲೇಸರ್ ಆವರ್ತನವನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸುವ ಮೂಲಕ, ನಿಖರವಾದ ಪರಿವರ್ತನೆಯ ಆವರ್ತನವನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿಯಬಹುದು. ಈ ವಿಧಾನವು ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶದಲ್ಲಿ ನಿಖರವಾದ ಅಳತೆಗಳನ್ನು ಶಕ್ತಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಇದು ಡಾಪ್ಲರ್ ವಿಸ್ತರಣೆಗೆ ಸೂಕ್ಷ್ಮವಲ್ಲ. ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ ಡಾಪ್ಲರ್-ವಿಶಾಲವಾದ ಪರಿವರ್ತನೆಯನ್ನು ಅಳೆಯುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಸ್ಯಾಚುರೇಟೆಡ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಯಂತೆಯೇ ಅದೇ ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು ಪರಮಾಣುಗಳನ್ನು ಮಿಲಿಕೆಲ್ವಿನ್ ತಾಪಮಾನಕ್ಕೆ ತಂಪಾಗಿಸಬೇಕು. ಸ್ಯಾಚುರೇಟೆಡ್ ಅಬ್ಸಾರ್ಪ್ಷನ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಯ ತತ್ವ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಮಿಲಿಕೆಲ್ವಿನ್ ತಾಪಮಾನಕ್ಕೆ ತಂಪಾಗಿಸದೆ ಡಾಪ್ಲರ್ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ನಿವಾರಿಸಲು, ಶಾಸ್ತ್ರೀಯ ಪಂಪ್-ಪ್ರೋಬ್ ಯೋಜನೆಯನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ತೀವ್ರತೆಯ ಲೇಸರ್ ಅನ್ನು ಪರಮಾಣು ಆವಿಯ ಮೂಲಕ ಕಳುಹಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದನ್ನು ಪಂಪ್ ಕಿರಣ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಮತ್ತೊಂದು ಪ್ರತಿ-ಹರಡುವ ದುರ್ಬಲ ಕಿರಣವನ್ನು ಸಹ ಅದೇ ಆವರ್ತನದಲ್ಲಿ ಪರಮಾಣುಗಳ ಮೂಲಕ ಕಳುಹಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದನ್ನು ಪ್ರೋಬ್ ಕಿರಣ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಪ್ರೋಬ್ ಕಿರಣದ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಕಿರಣಗಳ ವಿವಿಧ ಆವರ್ತನಗಳಿಗಾಗಿ ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ನಲ್ಲಿ ದಾಖಲಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಎರಡು ಕಿರಣಗಳು ಒಂದೇ ಆವರ್ತನದಲ್ಲಿದ್ದರೂ, ನೈಸರ್ಗಿಕ ಉಷ್ಣದ ಚಲನೆಯಿಂದಾಗಿ ಅವು ವಿಭಿನ್ನ ಪರಮಾಣುಗಳನ್ನು ಪರಿಹರಿಸುತ್ತವೆ. ಪರಮಾಣು ಪರಿವರ್ತನೆಯ ಆವರ್ತನಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಕಿರಣಗಳನ್ನು ಕೆಂಪು-ವಿಂಗಡಿಸಿದರೆ, ಕಿರಣದ ಮೂಲದ ಕಡೆಗೆ ಚಲಿಸುವ ಪರಮಾಣುಗಳು ಪಂಪ್ ಕಿರಣವನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ, ಆದರೆ ಪ್ರೋಬ್ ಕಿರಣವನ್ನು ಆ ಮೂಲದಿಂದ ಅದೇ ವೇಗದಲ್ಲಿ ವಿರುದ್ಧ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವ ಪರಮಾಣುಗಳು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಕಿರಣಗಳು ನೀಲಿ-ವಿಂಗಡಣೆಗೊಂಡಿದ್ದರೆ, ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಲೇಸರ್ ಸರಿಸುಮಾರು ಅನುರಣನದಲ್ಲಿದ್ದರೆ, ಈ ಎರಡು ಕಿರಣಗಳು ಲೇಸರ್ ಪ್ರಸರಣದ ದಿಕ್ಕಿಗೆ ಸುಮಾರು ಲಂಬವಾಗಿ ವೇಗ ವಾಹಕಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಒಂದೇ ಪರಮಾಣುಗಳನ್ನು ಉದ್ದೇಶಿಸುತ್ತವೆ. ಪರಮಾಣು ಪರಿವರ್ತನೆಯ ಎರಡು-ಸ್ಥಿತಿ ಅಂದಾಜಿನಲ್ಲಿ, ಬಲವಾದ ಪಂಪ್ ಕಿರಣವು ಅನೇಕ ಪರಮಾಣುಗಳನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿತ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿರಿಸುತ್ತದೆ; ನೆಲದ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿನ ಪರಮಾಣುಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಮತ್ತು ಉತ್ತೇಜಿತ ಸ್ಥಿತಿಯು ಸರಿಸುಮಾರು ಸಮಾನವಾಗಿದ್ದಾಗ, ಪರಿವರ್ತನೆಯನ್ನು ಸ್ಯಾಚುರೇಟೆಡ್ ಎಂದು ಹೇಳಲಾಗುತ್ತದೆ. ಪ್ರೋಬ್ ಕಿರಣದಿಂದ ಒಂದು ಫೋಟಾನ್ ಪರಮಾಣುಗಳ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋದಾಗ, ಅದು ಪರಮಾಣುವನ್ನು ಎದುರಿಸಿದರೆ, ಪರಮಾಣು ಉತ್ತೇಜಿತ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಹೀಗಾಗಿ ಪ್ರಚೋದಿತ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಗೆ ಒಳಗಾಗುತ್ತದೆ, ಫೋಟಾನ್ ಮಾದರಿಯ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗುತ್ತದೆ. ಹೀಗಾಗಿ, ಲೇಸರ್ ಆವರ್ತನವು ಅನುರಣನದಾದ್ಯಂತ ಹರಡಿದಂತೆ, ಪ್ರತಿ ಪರಮಾಣು ಪರಿವರ್ತನೆಯಲ್ಲಿ (ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಹೈಪರ್ಫೈನ್ ಅನುರಣನಗಳು) ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ವೈಶಿಷ್ಟ್ಯದಲ್ಲಿ ಸಣ್ಣ ಕುಸಿತವನ್ನು ಗಮನಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಪಂಪ್ ಕಿರಣವು ಬಲವಾದಂತೆ, ಗೌಸಿಯನ್ ಡಾಪ್ಲರ್-ವಿಶಾಲವಾದ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯ ವೈಶಿಷ್ಟ್ಯದಲ್ಲಿ ಅಗಲವಾದ ಮತ್ತು ಆಳವಾದ ಕುಸಿತಗಳು ಆಗುತ್ತವೆ. ಪರಿಪೂರ್ಣ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ, ಅದ್ದು ಅಗಲವು ಪರಿವರ್ತನೆಯ ನೈಸರ್ಗಿಕ ರೇಖೆಯ ಅಗಲವನ್ನು ತಲುಪಬಹುದು. ಎರಡಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಥಿತಿಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿ-ಹರಡುವ ಕಿರಣಗಳ ಈ ವಿಧಾನದ ಪರಿಣಾಮವೆಂದರೆ ಕ್ರಾಸ್ಒವರ್ ರೇಖೆಗಳ ಉಪಸ್ಥಿತಿ. ಎರಡು ಪರಿವರ್ತನೆಗಳು ಒಂದೇ ಡಾಪ್ಲರ್-ವಿಸ್ತರಿಸಿದ ವೈಶಿಷ್ಟ್ಯದೊಳಗೆ ಇದ್ದಾಗ ಮತ್ತು ಸಾಮಾನ್ಯ ನೆಲದ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಹಂಚಿಕೊಂಡಾಗ, ಎರಡು ಪರಿವರ್ತನೆಗಳ ನಡುವೆ ನಿಖರವಾದ ಆವರ್ತನದಲ್ಲಿ ಕ್ರಾಸ್ಒವರ್ ಪೀಕ್ ಸಂಭವಿಸಬಹುದು. ಇದು ಎರಡು ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಪರಿವರ್ತನೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಪ್ರತಿಧ್ವನಿಸುವ ಪಂಪ್ ಮತ್ತು ಪ್ರೋಬ್ ಕಿರಣಗಳನ್ನು ನೋಡುವ ಚಲಿಸುವ ಪರಮಾಣುಗಳ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿದೆ. ಪಂಪ್ ಕಿರಣವು ನೆಲದ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಜನನಿಬಿಡಗೊಳಿಸಬಹುದು, ಒಂದು ಪರಿವರ್ತನೆಯನ್ನು ಸ್ಯಾಚುರೇಟ್ ಮಾಡಬಹುದು, ಆದರೆ ಪ್ರೋಬ್ ಕಿರಣವು ಈ ಸ್ಯಾಚುರೇಷನ್ನಿಂದಾಗಿ ನೆಲದ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ಕಡಿಮೆ ಪರಮಾಣುಗಳನ್ನು ಕಂಡುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅದರ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯು ಕುಸಿಯುತ್ತದೆ. ಈ ಕ್ರಾಸ್ಒವರ್ ಶಿಖರಗಳು ಸಾಕಷ್ಟು ಬಲವಾಗಿರಬಹುದು, ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಮುಖ್ಯ ಸ್ಯಾಚುರೇಟೆಡ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಶಿಖರಗಳಿಗಿಂತ ಬಲವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಪರಮಾಣುವಿನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ವರ್ಣಪಟಲದ ಡಾಪ್ಲರ್ ವಿಸ್ತರಣೆಯು ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದೊಂದಿಗೆ ಸಂವಹನ ನಡೆಸುವ ಪರಮಾಣುವಿನ ವಿವರಣೆಯ ಪ್ರಕಾರ, ಪರಮಾಣುವಿನಿಂದ ಬೆಳಕಿನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯು ಆಪಾದಿತ ಫೋಟಾನ್ಗಳ ಆವರ್ತನವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚು ನಿಖರವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯು (ಉಲ್ಲೇಖಕ್ಕಾಗಿ, ಸಾಮಾನ್ಯ ರುಬಿಡಿಯಮ್ ಡಿ-ಲೈನ್ ಪರಿವರ್ತನೆಗಳಿಗಾಗಿ) ಅಗಲದ ಲೊರೆಂಟ್ಜಿಯನ್ನಿಂದ ನಿರೂಪಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ. ನಾವು ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶದಲ್ಲಿ ಪರಮಾಣು ಆವಿಯ ಕೋಶವನ್ನು ಹೊಂದಿದ್ದರೆ, ವೇಗದ ವಿತರಣೆಯು ಮ್ಯಾಕ್ಸ್ವೆಲ್-ಬೋಲ್ಟ್ಜ್ಮನ್ ವಿತರಣೆಯನ್ನು ಅನುಸರಿಸುತ್ತದೆ, ಅಲ್ಲಿ ಪರಮಾಣುಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ, ಬೋಲ್ಟ್ಜ್ಮನ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಇದು ಪರಮಾಣುವಿನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯಾಗಿದೆ. ಡಾಪ್ಲರ್ ಪರಿಣಾಮ ಸೂತ್ರದ ಪ್ರಕಾರ, ಸಾಪೇಕ್ಷವಲ್ಲದ ವೇಗಗಳ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಪರಮಾಣು ವಿಶ್ರಾಂತಿಯಲ್ಲಿದ್ದಾಗ ಪರಮಾಣು ಪರಿವರ್ತನೆಯ ಆವರ್ತನ ಎಲ್ಲಿದೆ (ಇದನ್ನು ಪರಿಶೀಲಿಸಲಾಗುತ್ತಿದೆ). ಇದರ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು ಒಂದು ಕಾರ್ಯವಾಗಿ ಮತ್ತು ವೇಗಗಳ ವಿತರಣೆಯಲ್ಲಿ ಸೇರಿಸಬಹುದು. ಆದ್ದರಿಂದ ಕಂಪನದ ಕಾರ್ಯವಾಗಿ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯ ವಿತರಣೆಯು ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶದಲ್ಲಿ ರುಬಿಡಿಯಮ್ ಪರಮಾಣುವಿಗೆ ಅರ್ಧ ಗರಿಷ್ಠ ಪೂರ್ಣ ಅಗಲವಿರುವ ಗಾಸಿಯನ್ಗೆ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ, ಪರಮಾಣು ಆವಿಯ ಗರಿಷ್ಠ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ತನಿಖೆ ಮಾಡುವ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ ಯಾವುದೇ ವಿಶೇಷ ತಂತ್ರವಿಲ್ಲದೆ, ಮಾಪನದ ಅನಿಶ್ಚಿತತೆಯು ಡಾಪ್ಲರ್ ವಿಸ್ತರಣೆಯಿಂದ ಸೀಮಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅನುರಣನದ ಮೂಲಭೂತ ಅಗಲದಿಂದ ಅಲ್ಲ. ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಸಾಕ್ಷಾತ್ಕಾರ ಪಂಪ್ ಮತ್ತು ಪ್ರೋಬ್ ಕಿರಣವು ಒಂದೇ ನಿಖರವಾದ ಆವರ್ತನವನ್ನು ಹೊಂದಿರಬೇಕಾಗಿರುವುದರಿಂದ, ಅವು ಒಂದೇ ಲೇಸರ್ನಿಂದ ಬರುವುದು ಅತ್ಯಂತ ಅನುಕೂಲಕರ ಪರಿಹಾರವಾಗಿದೆ. ಅದರ ತೀವ್ರತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ತಟಸ್ಥ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಶೋಧಕದ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗುವ ಪಂಪ್ ಕಿರಣದ ಪ್ರತಿಫಲನದಿಂದ ಪ್ರೋಬ್ ಕಿರಣವನ್ನು ತಯಾರಿಸಬಹುದು. ಲೇಸರ್ ಆವರ್ತನವನ್ನು ಉತ್ತಮಗೊಳಿಸಲು, ಕುಹರದ ತರಂಗಾಂತರವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವ ಪೀಜೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಸಂಜ್ಞಾಪರಿವರ್ತಕವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಡಯೋಡ್ ಲೇಸರ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಬಹುದು. ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ ಶಬ್ದದಿಂದಾಗಿ, ಲೇಸರ್ ಆವರ್ತನವನ್ನು ಪರಿವರ್ತನೆಯಾದ್ಯಂತ ಮುನ್ನಡೆಸಬಹುದು ಮತ್ತು ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ ಓದುವಿಕೆಯು ಅನೇಕ ಸ್ವೀಪ್ಗಳಲ್ಲಿ ಸರಾಸರಿ ಆಗಿರುತ್ತದೆ. ನೈಜ ಪರಮಾಣುಗಳಲ್ಲಿ, ಮಾದರಿಯ ಡಾಪ್ಲರ್ ಪ್ರೊಫೈಲ್ನಲ್ಲಿ ಕೆಲವೊಮ್ಮೆ ಎರಡಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಸಂಬಂಧಿತ ಪರಿವರ್ತನೆಗಳು ಇರುತ್ತವೆ (ಉದಾಹರಣೆಗೆ. ಹೈಪರ್ಫೈನ್ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಕ್ಷಾರ ಪರಮಾಣುಗಳಲ್ಲಿ). ಇದು ಕ್ರಾಸ್ಒವರ್ ಅನುರಣನಗಳ ಜೊತೆಗೆ ಈ ಹೊಸ ಅನುರಣನಗಳಿಂದಾಗಿ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ವೈಶಿಷ್ಟ್ಯದಲ್ಲಿ ಇತರ ಕುಸಿತಗಳ ದೃಶ್ಯವನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸುತ್ತದೆ. ಉಲ್ಲೇಖಗಳು ರುಬಿಡಿಯಮ್ ಪರಮಾಣು ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಯ ಸ್ಯಾಚುರೇಟೆಡ್ ಅಬ್ಸಾರ್ಪ್ಷನ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ