بخشی از مقاله
چکیده - یکی از دقیقترین روش های تعیین چگالی بخار اتمی اندازه گیری چرخش فارادی است. در این تحقیق یک روش بسیار دقیق برای اندازه گیری چرخش فارادی نمونههای اتمی معرفی شده و بر پایه آن چرخش فارادی طیفی بخار اتمی روبیدیوم در بازه دمایی 200 C تا 260 C و همچنین در میدانهای مغناطیسی بین 1G تا 15G اندازه گیری شده است. این چرخش در حوالی طول موجهای جذبی تشدیدی بخار روبیدیوم در 780 nm و 795 nm به طور قابل ملاحظهای بزرگتر از سایر نواحی بوده و رفتار بیشینه منحنی چرخش فارادی نسبت به شدت میدان مغناطیسی کاملا خطی است.
-1 مقدمه
امروزه استفاده از حسگرها بر مبنای چرخش قطبش نور پس از عبور از یک محیط مغناطیسی، چرخش فارادی، در بسیاری از سامانههای اندازهگیری دقیق کاربرد یافته است .[1-2] در اندازهگیری دقیق چگالی بخار اتمی نیز میتوان از این روش بهره جست که نسبت به روشهای دیگر نظیر اندازهگیری بر مبنای دمای محفظه بخار اتمی اشباع [3] و یا برهمکنش نور در طول موج تشدیدی با نمونه اتمی در چگالیهای پایین [4] از دقت بالاتری برخوردار است .[5-6] همچنین امکان دستیابی به قدرت نوسانگر کلاسیکی فلزات قلیایی نیز با کمک این اندازهگیری وجود دارد .[7] در این مقاله از این روش جهت اندازهگیری وابستگیِ دمایی و میدانیِ چرخش فارادی طیفی و همچنین چگالی بخار اتمی فلز روبیدیوم در حضور میدانهای مغناطیسی کمتر از 15G استفاده شده است.
-3 چیدمان آزمایشگاهی
همچنانکه در بخش قبل مطرح گردید، لازمه دستیابی به چگالی بخار اتمی، اندازهگیری دقیق چرخش فارادی نمونه است. به این منظور از چیدمان اندازهگیری چرخش فارادی طیفی با دقت 0/1 درجه استفاده کردهایم. در این چیدمان نور خروجی از یک لامپ زنون 400-700 - نانومتر - به وسیله فیبر اپتیکی داخل یک موازیساز میشود. پرتوهای موازی شده وارد قطبنده شده و توسط یک عدسی روی محفظه روبیدیوم کانونی می شود. بعد از عبور از محفظه عدسی دوم پرتو را جمع کرده و روی فیبر نوری کانونی میکند. فیبر نوری متصل به یک طیفسنج با توان تفکیک طول موجیِ 0/05 نانومتر است که نتایج ثبت شده توسط آن روی یک دستگاه کامپیوتر ذخیره میشود.
محفظه بخار روبیدیوم مورد استفاده شامل یک کره به قطر 7cm با بازوی کناری به طول 5cm است که حفرهای بسیار کوچک به قطر 1mm در ابتدای آن تعبیه گردیده است. به این ترتیب در اثر گرم شدن بازوی کناری بخار روبیدیوم داخل محفظه کروی پر میشود. گرم کردن محفظه به وسیله یک سیم دارای مقاومت بالا انجام میگیرد که اطراف بازوی کناری پیچیده شده و با عبور جریان الکتریکی گرم میشود. برای تثبیت دما یک مدار الکتریکی به صورت متوالی با آن به کار رفته که دما را با خطای 0/5 C ثابت نگه میدارد. به منظور اعمال میدان مغناطیسی از یک جفت سیمپیچ هلمهولتر استفاده شده که میدانهای مغناطیسی بین 1G تا 15Gرا درمرکزمحفظه ایجاد میکند.
-4 نتایج تجربی
نتایج تجربی به دو بخش چرخش فارادی طیفی بخار روبیدیوم در حضور شدت میدان مغناطیسی ثابت به بزرگی 15G که در بازه دمایی بین 200 C تا 260 C اندازه گیری شده و همچنین چرخش فارادی در دمای ثابت 230 C که در میدانهای مغناطیسی به بزرگی 1Gو 5G و 10Gو 15 G، تفکیک گردیده است. در هر دو مورد چرخش فارادی در ناحیه طیفی بین 700 nm و nm 800 اندازهگیری شده که طول موجهای جذبی اولیه و ثانویه - D1 و - D2 بخار روبیدیوم در 780 nm و 795 nm را شامل میشود.
در شکل1 چرخش فارادی بدست آمده در دمای ثابت 220 C و شدت میدان مغناطیسی 15G به همراه طیف جذبی بخار روبیدیوم مشاهده میشود. همچنانکه از شکل مشخص است، در حوالی طول موجهای جذبی تشدیدی بخار روبیدیوم، چرخش فارادی بسیار بزرگتر از سایر نواحی است که این نتیجه از رابطه - 3 - ، نیز قابل پیشبینی است. افزایش وابستگی چرخش فارادی به چگالی بخار روبیدیوم داخل محفظه است که با تغییر دما اندازه آن به شدت تغییر میکند.
شکل:1 چرخش فارادی طیفی بخار روبیدیوم در دمای 200 C و شدت میدان مغناطیسی به بزرگی 15 G
به منظور بررسی وابستگی دمایی چرخش فارادی بدست آمده، اندازه گیری در بازه دمایی 200 C تا 260 C انجام شده است. نتایج حاصل از آن در شکل-2الف که مربوط به ناحیه طول موجی حوالی 780 nm - دومین خط جذبی روبیدیوم - است، نمایش داده شده است. چگونگی افزایش چرخش فارادی با افزایش دما در این شکل کاملا مشهود است که برای مقایسه بهتر در شکل-2ب، بیشینه منحنیهای چرخش فارادی - چرخش فارادی مربوط به طول موج مرکزی بیشینه منحنی نیز محسوب میشود - نسبت به دما نشان داده شده است. در این بازه دمایی با افزایش دما چرخش فارادی بزرگتر شده است که علت این یکی دیگر از ملاحظات بسیار مهمی که باید در این آزمایش مد نظر قرار گیرد، وابستگی چرخش فارادی بخار روبیدیوم به اندازه شدت میدان مغناطیسی است. همانطور که از رابطه - 3 - مشخص است، چرخش فارادی وابستگی مستقیم به اندازه شدت میدان مغناطیسی اعمالی دارد.
