Diode-laser spectroscopy of atomic beams

Abstract

Measurements of the isotope shift and hyperfine structure in atomic transitions by means of laser spectroscopy give information about atomic structures and nuclear properties. Laser spectroscopy of atoms with unstable nuclei was being performed at RIKEN (Institute of Physical and Chemical Research) accelerator facility. Therefore, test experiments with stable isotopes using a new laser spectroscopic technique were necessary, and development of such a technique using a diode-laser instead of the conventional complicated and expensive ring-dye laser was particularly desirable for nuclear laser spectroscopy. This paper reports measurements of the isotope shift and hyperfine structure obtained by means of a high-resolution diode-laser spectroscopy. As a light source, single-mode diode lasers with power of 15 - 50 mW in the wavelength region of 670 - 800 nm were used. Laser-induced fluorescence spectra of the 791.1 nm transition in BaI and the 680.3 nm transition in SmI were observed. Peaks corresponding to hyperfine transitions of Ba-135, Ba-132, Sm-147m, and Sm-149 were seen in the spectra. This showed that the resolution of the present experimental setup was sufficient for the measurements of hyperfine structure and isotope shift.

レーザ分光を使った原子遷移における同位体シフトと超微細構造の測定は原子構造と原子核の性質に関する情報を与える。理化学研究所加速施設では不安定核を持つ原子のレーザ分光を行っている。従って、新しいレーザ分光を使った安定アイソトープでの試験的実験が必要であり、通常使用される複雑で高価なリングダイ・レーザの代りにダイオード・レーザを使った技術の開発が原子核レーザ分光では特に望まれている。この論文は高分解能ダイオード・レーザを使用して得た同位体シフトと超微細構造の測定について報告する。光源として出力15-50mWで、波長帯670-800nmのシングルモード・ダイオード・レーザを使用した。BaIの791.1nm遷移とSmIの680.3nm遷移のレーザ誘発蛍光スペクトルを観測した。スペクトル中には Ba-135、Ba-132、Sm-147m、Sm-149の超微細遷移に対応するピークが見えた。これは今回の実験設備が超微細構造や同位体シフトの測定に充分であることを示している。