Abstract
摘要 度量衡標準之建立，乃為開發中國家欲邁向已開發國家必進行的工作。在本論文中，我們希望能為我們國家，台灣這個地方，在度量衡標準之建立上，貢獻一份心力。因此本人完成了以下實驗：在綠光543奈米範圍，建立了各種一級及二級長度標準，同時亦研究了在543奈米範圍之碘分子超精細光譜。此為文獻上所知，對此類長度標準雷射研究最完備者。以下分兩方面描述我們的研究成果：一、 計量學上之研究：由於二級長度標準為較簡單實用之度量工具，二級長度標準之建立有助於一級長度標準的推廣。因此我們首先建立了二個綠光蘭姆凹陷穩頻雷射，在積分時間大於一秒時，穩頻後每秒雷射頻率誤差可小於一仟赫茲，為文獻上所知蘭姆凹陷穩頻雷射穩定度最高者( ~10-12)。同時，我們亦為文獻中首度對20Ne, 22Ne 蘭姆凹陷穩頻雷射之絕對頻率做直接測量者。另外，在附錄中我們亦對簡便之另一類二級長度標準雷射，二模穩頻雷射之Bang-Bang control 回授方法亦做了研究。在一級標準上，我們使用了兩種不同的方法建立其一級標準，首先是調頻光譜穩頻法 (Frequency-Modulation Spectroscopy)，獲有目前世界最好訊噪比之成果。並於論文中首度詳細分析此方法之最佳條件(optima condition)及複雜之背景問題。並與三次微分解調的方法做比較。另外，亦在一級標準上，我們以三次微分解調的方法建立了可攜式一級長度標準雷射，由於其攜帶方便，解決了此一級長度標準不易進行國際比對之最大缺點。同時，我們亦獲得世界上最佳之穩定度( =6*10-14)；即，在30秒積分時間中，穩頻後每秒雷射頻率誤差可小於五十赫茲！由於超高解析光譜，我們建議國際上採用新的長度標準，即，將標準長度定義在我們所建議的譜線上。二、在光譜學上之研究：由於對20Ne, 22Ne 蘭姆凹陷穩頻雷射之絕對頻率做直接測量，我們也同時得出Ne 2s □ 3p 躍遷之同位素頻移量(isotope shift)，由於用此法之精確度比文獻上先前所得好一個數量級，比較紅光躍遷所得的結果，我們可以得出其同位素頻移量中之specific mass shift 極有可能與電子角動量有關。就碘分子光譜之研究而言，我們首度發現並鑑定了在碘分子543 nm 之躍遷中之crossover 譜線。亦為文獻上第一個對碘分子R(106)18-0之所有超精細光譜做頻率量測者。也因此我們可以對碘分子超精細結構中之前四個超精細常數(hyperfine constant)做較精確之彌合(fitting)。我們亦測量了R(106)18-0之所有超精細譜線之半高全寬及得出各吸收係數(absorption coefficient)。對於我們所建議的譜線－b10 line，我們也對其特性做了精密之測量：如量其線寬(linewidth), dipole transition moment, pressure shift, pressure broadening effect, absorption coefficient, saturation intensity, 等。就FM光譜而言，我們研究了碘分子FM光譜在飽和吸收下之特性，包括lineshape, pressure behavior 等。二、 頻率之直接量測在論文中我們亦提出對碘穩頻綠光氦氖雷射做直接之頻率量測之計畫：利用二氧化碳雷射倍頻光與橘光氦氖雷射做和頻(sum frequency, by PPLN crystal)，預計出來之綠光可與碘穩頻綠光氦氖雷射光做拍頻量測。目前利用複合共振腔原理，已成功自製了一台單模、高功率之碘穩頻橘光氦氖雷射，加上原本實驗室發展出的二氧化碳雷射倍頻光，預計不久這個計畫便會有初步的結果出來。