CO2分子近红外振转跃迁频率的精密测量

The precise measurement of molecular transition is of great significance in both fundamental physical and chemical theory and practical application. The ro-vibrational transitions of stable molecules are characterized by small external magnetic field interference and narrow natural line width, but the transition intensity is relatively small and it is also difficult for laser cooling and trapping, so the measurement accuracy is far below the limited natural line width. This project plans to adopt comb locked cavity ringdown spectroscopy method and double resonance methods. The saturated absorption spectra of the vibrational transitions in near infrared band of CO2 are studied, and the transition frequency is measured precisely. The applicant has measured transitions of CO molecule to 10^-12 accuracy in previous work. In this project, we propose a research on high precise molecular profile and collision effects between molecules to improve the accuracy. The application of precise molecular spectroscopy in the molecular frequency reference, fundamental physical constant test and atmospheric molecular detection are presented.

分子跃迁频率的精密测量在基础物理化学理论及实际应用中都有重要意义。稳定分子的振转跃迁具有受外界磁场干扰小、自然线宽窄等特点。但是跃迁强度相对较小，难以激光冷却和囚禁，因此其测量精度远未达到其自然线宽所对应的极限。本项目计划采用光频梳锁定的光腔衰荡光谱技术，通过饱和吸收光谱方法，结合双共振光谱技术，研究CO2分子近红外波段振转跃迁的吸收光谱，精密测量其跃迁频率，获得高精度分子能级参数。申请人在前期工作中已经将CO分子在近红外波段的跃迁频率测定至10^-12精度，是目前分子近红外跃迁频率测量精度最好的结果之一。本项目中我们将开展高精密分子线形研究，以及分子间碰撞对谱线中心频率的影响研究等，进一步提高测量精度，并探索分子精密光谱在分子钟、基本物理常数检验以及大气分子检测等方面的重要应用。

频率是目前能够实验测量得到的最准的物理量。精密测量分子吸收光谱可以得到更高精度的谱线中心频率，而更高精度的谱线中心频率可以得到高精度的分子能级参数，可与量化计算作对比，此外高精度的光谱数据也是大气分子浓度检测等领域所必须的基础。本项目的研究目标是精密测量CO2分子在近红外波段的振转跃迁频率，分析系统中可能对其跃迁频率有影响的因素，包括气体压力，气体温度，激光功率等，并开展系统误差分析和评定，以检验最后测量精度的可靠性。本项目发展建立了高精密的腔增强吸收光谱探测装置，对分子吸收光谱线形开展了高精度的测量，对相关测量不确定度开展了分析。 利用所发展的技术方法，成功地实现了对CO2分子近红外跃迁频率的亚kHz精度测定， 对应相对频率精度在10-12水平。同时还研究了在低压条件下，分子的压力位移和压力加宽。