Способ измерения субдоплеровских спектров поглощения

ССИОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19 СССР РЫТИЙ РЕТЕ 13 ТЕЛ ЬСТВ ДВТОРСНО 14атмосферы Бюл. оптик.035.334(088,8 1. ЯиЬ-Эорр 1 ег сорЬу.-Лрр 1.407-409.роскопия в но, вып. 2, 19 в ГОСУДАРСТВЕННЫ И КОМИТ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И(71) ИнституСО АН СССР(54) СПОСОБ И 31 ЕРЕН 1 И СУБДОПЛЕРОВСКИХ СПЕКТРОВ ПОГЛОЦЕНИЯ(57) Изобретение позволяет повыситьразрешение спектральных линий поглощения атомов и молекул путем изменения потока возбужденных частицисследуемой среды в ограниченномобъеме. ереэ среду пропускают импульсное узкополосное излучение,длительность которого меньше отношения длины свободного пробега час"тиц к средней тепловой скоростиих движения, и измеряют временнуюзависимость интенсивности продольной компоненты их потока относительно оси излучения. 6 ил.Изобретение относится к спектроскопии, атомной и молекулярной Физике, а именно к егсследовацееео спектров сверхвысокого разрешецеея (иеограниченного допперовским ушцрением) газавьгх сред, и может быть использовано при 1 Ссзедоезанце Физико-химических свайстз атомозз и молекул,а также при разработке систем лазерного газоанализа.Цел. изобретения - повышениеспектрального разрешения.Иа Фиг. 1 изображена кювета сисследуемой газообразной средой;на Фиг. 2 и 3 - зависимости коэффициентов поглощения спектральных зпгнцй от частоты; на 11 Ег. е-б - времешн;е зависимости интенсивностивозбусдсзЕх асец для прототипаи предлагаемого способа сотгветств с.пно.Пуст. гз кювете длиной 1, ц радиусом 1, установлен датчик (Фиг. 1),цзмеряющЕй времепнуо загзцсцмас;тьинтенсивности продольной компоненты 25потока тзозбусценеЫх частиц, а поос)1 кюветы в момепг Езременц Е.=ОпраЕускаеот Еьмпульсное излучение счас.тата р смещенной относительноцентрадоплеровскц ушпренной лцшц 1 поглощения (Фцг. 2) . Это излу -чс.цисз возбуждает только частшгы,имеющие с.оставлзпощую скорости вдольосц пучка г = ---- с, где с - ссоя 21135росгь света (поперечная компонентаскорости может бьгп. любой), остазьегыечастицы це будут взапмодейстгзоватьс излучением. Сигнал датриса цропордгионалеи числу частиц г 1(ь) р достигших его в момент времени г:. Для нахождешя 11(г:) интегрируют максвеллов -ское распределение частЕц цо скоростям по поперечной компонеегте скорости Ч . Пределы интегриравашгя легка=х/Чеер, ИнтегРИРование по цРоДольнайкоординате снимается, так как скорость Чее Фиксирована.50Таким обраэоыро Ч ЮЕ еЧ12 л )(1г о гярЧерр ЕС2 ст 1 е.Г (1),ерге 11,1 с о1 сз 1 т 1 а ЦИ 51 11 аз Гзуждеп ге)хизлучением частиц; и - Их масса;1 с - постоянная Больцмана;Т. те перагура.Грелеегегая зависимость по.гока частиц, попадающих на датчик, определяется выражением (1) во временном интервале от 0 до 1,/11, когда последняя частица, находившаяся в момент Е.=О у левой стенки ячейки, достигнет датчикаи в этот момент сигнал резко оборгзется (фиг. 4). Импульс излучения должен быть коротким, так как в противном случае частицы заметно перемещаются или даже сталкиваются в течение импульса, что приводит к раз - мытию резкого Фронта окончания сигнала и уме 1 ьшепцю сЕектральеОга раз решения.Рассмотрим Форму сигнала от частиц двух сортов, частоты центровО) Сгкоторыхи 1 расположепы на расостоянии, меньшем доплеровской вирины (Фиг, 3), Такие частицы при исследоваЕии способом, являющимся прототи - цам, не разделяются. Б предлагаемом способе сигнал имеет ярко выраженную особепеось (Фиг,.5, 13 - сигнал отср)"-)частиц первого сорта, У - второго со 1 та р сз сУммаРный сецна 1 (фиг6) р СЕгпалегзиругощуео о нали ие частиц двух сортов. Таким образом видно, что маскирующее действие доплеровс-. кого уширеиия устранено и спектральное разрешение повгшЕеео, г 1 иеилальЫй разрепенный спектральньй интервал зависит от длие 1 Ы я 1 ейкго27 ЛГРассмотрим вариант реализации предлагаемого способа. Используется ячейКа Д,гЕРЕЕОЙ И РаДИУСОМ 1 СМ, ЗаПОЛНЕН- ная газом при давлении 3 мторр, так что длина сзободиого пробега 1"1,5 см и частицы после возбуждения зо время пролета до стенок ячейки и, следовательно, да датчика.не сталкиваются друг с другом. Датчик может быть выполнен из такой же, как в прототипе поливиеглфторегдиой пленки Р)Г - , р:застояая времеви пироэлектрического датчика может быть менее 10 с. Пусть исследуемый газ имеетго 2 пинии поглощения с централи.р-) =.1/1401 и 14401,0005 см , расстояние между ними, равное 0,0005 см састегвляет около 0,01 доплеравской ширины линии. Газ возбуждается изучением Лазера с модуляцией добрс)тнасти, например, рубиновогоии ио ие Ктег. 4 ие Составитель В Дорофеевдактор Н. Киштулинец Техред.И.Попович Корректор А. ТяскоТираж 77 венного комиаказ 940/38 В 1 ИИПИ Госуда по делам из 113035, Москвпнсное та СССР етении и отк Ж, Раушск 5 наб. ческое пре ул, Проектная, 4 тие, г. Ужг П одственно-полигр(Я 14400,99 см, 1," -=0,01 см) с длительностью импульса о10 8 с, шириной спектра 1 О МГц, что составляет 0,01 от доплеровской шири-ны линий при комнатной температуре; очевидно, что условие с,(с Я/Ч выполняется (7 для воздуха 520 м/с): 2/Ч=2,91 О с. Импульс излучения-5возбуждает частицы с составляющей скорости )/ =3315 см/с и Ч, =3481 см/с,О)поэтому длительности сигналов П 1 и 0 составляют 302 и 287 мкс соотИ)ветственно, На суммарном сигналеЕдлительностью 302 мкс имеет место ступенька на расстоянии 15 мкс от конца импульса. Фронт ступеньки-3имеет длительность 10 с (длительность импульса), поэтому она легко регистрируется. Таким образом, в рассмотренном примере разрешаются две линии, находящиеся на расстоянии примерно в одну сотую ширины доплеровского контура друг от друга, предельное разрешение может составить 1,3 10 см , т.е. около одной тысячной от ширины доплеровс- кого контура. Формула изобретения Способ измерения субдоплеровскихспектров поглощения по которому через исследуемую газообразную среду, 10 находящуюся в ограниченном объеме,пропускают узкополосное излучение иизмеряют поток возбужденных излучением частиц, о т л и ч а ю щ и Йс я тем, что, с целью повышения 15 спектрального разрешения, пропускают импульсное излучение, длительность которого меньше отношениядлины свободного пробега частиц исследуемой газообразной среды к сред ней тепловой скорости их движения,и измеряют временную зависимостьинтенсивности продольной относитель;но оси излучения компоненты потокавозбужденных частиц.