Способ лазерного спектрального анализа

ВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСК пролетному уширениальной линииспект 1 /ф лЛр510 см фр летное ЬЯ пр0,1 ральном проли нии уширение спек10 Гц,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт Физики АН БССР(56) Лазерная спектроскопия атомови молекул. /Под ред, Г,Вальтера,Мир, 1979, с, 19,Летохов В.С., Чеботаев В,П. Принципы нелинейной лазерной спектроскопии. - М.: Наука, 1975, с. 279,(54) СПОСОБ ЛАЗЕРНОГО СПЕКТРАЛЬНОГАНАЛИЗА Изобретение относится к спектроскопии и квантовой электронике и может найти применение в тех областях науки и техники где необходимо измерение узких спектральных линий (узких резонаторов), спектральное разрешение близко расположенных спектральных линий, определение концентраций веществ 1 создание высокостабильных и узкополос. ных эталонных генераторов частоты воптическом диапазоне,Целью изобретения является улучшение спектрального разрешения и расширение спектральных воэможностей способа,Важной проблемой современнойбездоплеровской спектроскопии сверхвысокого разрешения и квантовой электроники является измерение и получение узких спектральных линий, Факторами, препятствующими достижению ука,801 40324(57) Изобретение относится к спектроскопии и квантовой электронике Цельюявляется увеличение спектральногоразрешения, Для получения узких спектральных линий пучок атомов или молекул облучают лазерным. излучением, Частота излучения резонансна частоте одного из спектроскопических переходоватомов или молекул, Лазерный пучокнаправляют перпендикулярно направлениюдвижения пучка атомов и молекул и сканируют поступательно вдоль пучка атомов или молекул со ско, стью, равной средней скорости атомов или молекулв пучке, 1 ип,эанной цели, являются пролетное уширение и квадратичный доплер-эффект,Частица, имеющая скорость Ч, пролетает через лазерный луч диаметром с эа время с д/Чср . Энергия перехода между уровнями не может быть определена с точностью лучшеЬаЕ-; - (Ь - постоянная 11 ланка). Это(3) а пролетное уширение 35 1/Ь = Ч /П, (4)Учет пролетного уширения. необходим н случае, если оно превышает естественную ширину линии, что имеет мес то, например для перехода 1 ЯБ атома водорода, для которого естественная ширина линии равна 1/7 Гц. В случае, когда скорость сканирова 45 ния не равна средней скорости частиц молекулярного или атомного пучка, то частицы в пучке обладают некоторой отличной от нуля скоростью относительно светового пучка и поэтому50 время пребывания их н световом поле уменьшается, что приведет к увеличению пролетного уширения,П р и м е р 1, Пусть частица движется со скоростью Ч р в атомном55 или молекулярном пучке, Частица облучается пучком лазерного излучения диаметром Й частотой Я , которая резонансна частоте Ы одного из спектроско"11.оп -- я РЧс(2)52 С5При Ч, 10 см/с, 6 = 1 О Гц и скорости света С = 310 см/с сдвиг,обусловленый кналратичным доплерэффектом,ЬИ - 10 Гц,Для получения узких спектральныхлиний используют схему, приведеннуюна чертеже и поясняющую описываемый 10способ.Лазерный пучок 1 диаметром д, направляют перпендикулярно молекулярному или атомному пучку 2 сканируютпоступательно со скоростью Ч, на 15расстояние П, где Ч - скорость частиц молекулярного (атомного) пучка,При иэмереии двухфотонных спектровперпендикулярно напранлению распространения лазерного пучка ставят зеркало Э и сканируют поступательностоячую световую волну, Частота лазерного излучения резонансна частотеодного из спектроскопических переходов атомов или молекул, 25Вследствие увеличения областивзаимодействия частиц молекулярного(атомного) пучка с лазерным пучком,время в течение которого частицы находятся в световом пучкеопределяется 30выражением пических переходов атома или молекулы, Лазерый пучок направлен перпендикулярно днижеию пучка атомов или молекул и сканируется поступательно на расстояние П вдоль лучка атомов или молекул со скоростью Ч, 1 равной ско рости движения частицы,Определим, во сколько раз пролетное уширеие при поступательном сканировании лазерного пучка меньше, чем в случаях неподвижного лазерного пучка, Исходя из выражений (1) и (4),бпр ск Чс ) дф(5)С Ьгр Чср /с 1При Ч, =1 О см/с, с 1 = 0,1 см, П =5610 см,ЬЯр= 1 О Гц, а ЬЯрсс= = 1 О Гц, т,е,= 1 О4 -гКак видно из выражения (5), пролетное уширение при поступательном сканировании лазерного пучка может быть уменьшено как при получении однофотонных, так и двухфотонных узких резонансов.Однако и известном способе для одг нофотонных резонансов существует сдвиг спектральной линии за с,чет линейного доплеровского эффекта, значительно превьшающий пролетное уширение,П р и м е р 2, При сканированиисветового лучка со скоростью Ч, =Чсвдоль пучка частиц относительнаяскорость частиц в системе координат,связанной со сканируемым световымпучком, будет определяться поперечной составляющей, обусловленной конечной расходимостью молекулярногоили атомного пучка, Определим, восколько раз можно уменьшить квадратичный доплеровский сдвиг, Скорость движущихся частиц в молекулярном (атомном) пучке относительно сканируемоголазерного пучка будет определятьсяпроекцией ЬЧ их скоростей Ч на направление распространения лазерногопучка, вследствие конечной расходи-.мости молекулярного (атомного) пучка,Для молекулярных (атомных) пучконможет быть легко достигнуто следующеезначение для ЬЧЬЧ й-- - 10 (6)сроткуда из выражений (2) и 6) получим1 ЙЛ) 1 -ф ЧсЬЦ- - -я16 -д- сд (7)2 С 2 Сг ф340324 где Ьд , - сдвиг спектральной нии, обусловленной квадратичным лер-эффектом, при сканировании, Ч = 1 О см/с, Я = 6 Гц,изобретения ли ФормуладопПри Способ лаз Составитель В,ДорофеенРедактор Л.Пашкова Техред Л.Сердюкова Корректор М,Пожо Заказ 680 Тираж 783 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изоб: гениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина,10 ЬИоо,ск =Гц (8)Известный способ принципиально непозволяет избавиться от квадратичногодоплеровского эффекта.Как видно иэ выражений (7), (8) 10и (2), описываемый способ способен.уменьшить квадратичный доллер-эффектна четыре порядка,Таким образом, изобретение имеетвоэможность уменьшения пролетного уши.15рения при измерении как однофотонных, так и двухфотонных резонансови значительного уменьшения квадратичного доплер-эффекта,ерного спектрального анализа, заключающийся в облучении пучка атомов или молекул пучком лазерного излучения, направленным перпендикулярно движению пучка атомов или молекул, частотой, соответствующей резонансной частоте одного иэ спектроскопических переходов атомов или молекул, о т л и ч а ю щ и й с я тем, ч то, с целью улучшения спек трального разрешения и расширения функциональных воэможностей способа, пучок лазерного излучения сканируют поступательно вдоль пучка атомов или молекул со скоростью, равной их средней скорости,