Амплитудная модуляционная внутрирезонаторная лазерная спектроскопия тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

київський УНІВЕРСИТЕТ їм. ТАРАСА ШЕмганид

На правах рукопису

і л НАДІЙ Бододииир Федорович

Амшіїуда. мэдшццйа’ ВКУТгІШНЬОРЕЗОНАІОРНА ДАЗЕРНА

„.....швдроскшіз -

Спеціальність 01.04.03 - радіофізика

АВТОРЕФЕРАТ .дисертації на-здобуття“вченого ступеня дгнтора фізико-математичних наук

Дисертація» в рукопис.

Робота виконана на кафедрі квантової радіофізики радіофі-зичкого факультету Київського університету ім. Тараса Шевченка та у відділі квантової електроніки Наукового та інженерно-технологічного центру "Сокар" Національно? Академії Наук України.

Науковий консультант доктор фізико-*»тематичних наук, професор Данилов Вадим Васильович.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичнкх наук,

професор Коротков Павло Андрійович .

доктор фізико-ма тематичних наук Павлик Борис Дмитрович

доктор фізико-ма тематичних наук Тесьолкін Володимир Вініамінович

Провідна.- організація: Харківський державний університет

Захист дисертації відбудеться Щ * ¿¡і/ 1997 року

о І5.оо на засіданні спеціалізованої рада І 01.01.17 при Київському університеті ім. Тараса Шевченка (252127, м. Київ, пр. Академіка Глужкова, б, радіофізичний факультет, ауд. 'і 46.)

З дисертаціє» можна ознайомитися в науковій бібліотеці Київського університету ім. Тараса Шевченка (м. Київ, вул. Володимирська, 62).

Автореферат розісланий " 'ІЗ* °Л___________1997 р.

Шкавро А.Г.

Вчений секретар спеціалізованої ради кандидат фіз.-маг. наук, доцент

- з -

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність тами. Біля тридцяти років тому було отворено перюй лазер. Досягнуті блискучі успіхи у розумінні фізичних процесів, ялі гідбуваютьая в лазерах. Створені нові напрями дослідженім властивостей речовин і керуванню фізико-хімічними параметра-ил різких середовищ. Розроблені методи лінійної та нелінійної лазерної спектроскопії: нелінійна спектроскопія надвисокого і<сзді-лєкня /вільна від доплеровського розширення спектральних ліній/, епсїтросїопізтігзктсьЕОГй комбінаційного роасіяння, спектроскопія когерентного антистоксового розсіяння, лазерна атомно-флуо -ресцеитка спектроскопія, лазерна фотоіонізаідйна спектроскопія . лазерна десорбційна мае-спектроскопія та інші.

В нгіщ час важливим методом залкпається класичний метод спектрального аналізу - спектроскопія поглинання.

В процесі вивчення фізики лазерів суттєві зцінх відбулися і а методі спектроскопії' поглинання. Був розроблений та застосований для аиріаення багатьох проблем метод високочутливого спектрального абсорбційного аналізу - внутрішньорезонаторна лаззрна спектроскопія /ВРІС/ [і, 2] . Основна ідея методу - розміщення досліджуваної речовини всередині резонатора іирокосмугового лазера з великою однорідною ошринов контуру підсилення, причомї, з шириною значно більасо за ¡Кирину лінії поглинання. В тих повздовжні і модах, частоти яких співпадають з лініями поглинання досліджуваної речовини, іитзисивність генерації поступово згасає. При цьсиу з спектрі генерації з’являються провали/ які повторюють спектр поглинання досліджуваної речовини.

2азливиыи методами керування спектральним складом випромінювання в радіофізиці е різкі тупи модуляції /амплітудна, фазова та ін./. Використання модуляційної техніки аляхрм модуляції яхз-го-яебуд» параметру /зовнізнього електричного поля, довжини хвилі, тиску, температури та ін./ при вивчанні оптичних спектрів твердих тіл, дозволяв на декілька порядків збільшити чутливість і точність вимірів у порівнянні із звичайним:! методами [3] .

Особливо цікавими для експериментальної електроскопі! в методиці дозволяють збільпити чутливість ітачність вимірів, а такох якісно змінити методику кількісних гшірювань. '

Тахны чином, без-гумозно цікавим і важливим е синтез високочутливих методів спектрального аналізу - внутріаньорезонатарної лазерної спектроскопії і модуляційної спектроскопії та вивчення впливу модуляції внутрішньорезонаторних параметрів широкосмугового лазера -1досліджуваної) речовиною всередині резонатора на спектр його генерації, а також встановлення зв’язку міх спектральним розподілом випромінювання і спектроскопічними характеристиками досліджуваної речовини. . !

. Для прведення таких досліджень необхідно розробити новий метод - амплітудну модуляційну внутрішньорезонаторну лазерну спектроскопів. Встановлені закономірності дозволять розробити нові методики реєстрації та досліджена* ефектів аномального збільшення спектральної інтенсивності генерації сшрокосмугового лазера в крилах ліній поглинання, нелінійних процесів двофотонного поглинання, процесів вимушеного комбінаційного розсіяння рідких домівок малої концентрації, а також методики кількісних внмірхшаль спектроско -пічних характеристик речовин /перерізів поглинання, перерізів розсіяння, сил осциляторів/.

. Таким чином, актуальність теми полягає в тому, до розроблю -ються нові шляхи розвитку високочутливого методу спектрального аналізу - амплітудної модуляційної внутрівньорезонаторкої лазер -ної спектроскопії. ■ • .

' Мета роботи:

І. Дослідження спектрів генерації імпульсного широкосмугового лазера на розчині органічного барвника з досліджуваною речовиною всередині резонатора при амплітудній модуляції коефіцієнта підсилення активного середовища, коефіцієнтів поглинання та нелінійного підсилення досліджуваного середовища.

1. Розробка метода амплітудної модуляційної внутрішьорєзонатор -ної лазерної спектроскопії та методик вимірювання спектросхопіч -них констант досліджуваної речовини. " ' .

В процесі досліджень за темою роботи вирізувались такі за -дачі: '

І. Розробка систем ї методів амплітудної модуляції параметрів і зи- . рокосмугових лазерів з поглиначем всеіредині резонатора та реєст- . рації спектрів їхгенерації. . ■

2. Визначення методів та способів проведення відносних та абсо -латних кількісних вииірізвань.

3. Визначання перерізів одно- та двофотонного поглинання атомарних

речовин, перерізів комбінаційного розсівння,смя осциляторів еяект-ронкх переходів в атомах та інжіх спектроскопічких характеристик речовин в.різних агрегатних.станах.. - ~—

Вирішення цих проблем і складав, основний зміст дисертації.

Наукова новизна робота. ' .

У сукупності досяі дг.е.нь, представлених * дисертації':

1. Вперше систематично досліджено вплив амплітудної кодуяяціі* кое-, фіцієнта підсилення активного середовища імпульсного лазера на розчині органічного барвника при наявності у резонаторі речовини

з вузькими сильними лініями поглинання на спектр генерації аиро -космугозогс лазера. ..... . -

2.'Запропоновано механізм виникнення зміни форми сильної лініі“

поглинання /ефект спектральної "кондексаціі"/ в спектрі випромінювання икрокосмугогого лазера за умоігиги часової модуляції кое -фіцієнта підсилення активного середозига, в основі.якого лежить явиае часткової синхронізації групи йод в крилах ліній поглинання, спектральна відстань між якими співпадає з чгс-сгоз зовніїьгьої модуляції. •

3. Створено новий метод вимірювання перерізів поглинання та скл

осциляторів електронних переходів, в основі якого лежить Biad^iO-вення спектральної відстані між піками конденсації ь кркльх досліджуваної лінії поглинання речовини, шо розміеена всергдині резонатора бататомодового лазера. 7.............. ' •

4. Досліджена вилив амплітудної модуляції потужним вузькосмугови^ ла?-{.рои кнутріаньорезснаторного поля широкосмугового лазера з дГс.". ijxvriyov атомарное речовиною всередині резонатора. Одержана

спектр дгоф^тоакого поглкнання в атомарному калів електронних, лє-риседі* *г$1/2 •* 6 SI/^, 423)3/2 i 4S3>5/2.

^e£Wtrtre°n0HSS£K0 ксви® спссгб вимірввання сил осциляторі в диполь-ша£кіі збудженими еіежтрошпши рівнями атойа, в основі якого ле-жкть реєстрація внутрі&ньорсзонаторніш методом ліній двофоюшого поглинання та вимірсзанкі повного поглинання в лініях. Експерн -ментально якзяачен» відносні /з точніся 10 % / та абсолитнГ вели-

чини /з точністю 40 %/ сил оспиляторів електродилольаих переходів у атомарному калію 4 Р3Д-“ 6^3 » ^1/2“*“ 42і)3/2 1

і'Р3/2—4-^5/2*

6. Досліджено вплие подвійної модуляції - коефіцієнта підсилення

активного середовища та коефіцієнта нелінійного поглинання - ка спектр генерації багатомодового лазера з сильних 'зузькссмуговим поглиначем всередині резонатора. Вперое зареєстровано ефект спектральної конденсації в крилі лінії* двофотонного переходу в атомарному калії • 4 £ 2/2

б^ід. .

7. Запропоновано методику реєстрації малих концентрацій доиішзк / біля І0"^М/л / у рідинах, які знаходяться всередині резонатора широкосмугового лазера, по спектрах вимушеного комбінаційного розсіяння.

Практична цінність та значення роботи. .

Виконані в роботі дослідження, результати і висновки сприяють розширенні! уявлень про методи внутріиньорезонатсриої спектроскопії, про межі зміни параметрів широкосмугового лазера, які впливаить на спектр його генерації. Встановлені закономірності масть загальний характер. Запропоновано два нових методи вимірювання перерізів поглинання та сил осциляторів електродкпольних переходів, які можуть бути використані в наукових організаціях.

Достовірність отриманих результатів обумовлена використанням сучасних методик спектральних досліджень, відтворення* результатів екслершенту, відповідністю отриманих експериментально значень фізичних величин а результат ами робіт інших авторів. Про достовірність результатів, викладених в дисертації, та обгрунтованість зроблених висновків свідчать також підсумки їх обговорення на семінарах і конференціях різного рівня.

¿одокення. во виносяться на захист.

І. Механізм виникнення ефекту аномального збільшення спектральної інтенсивності генерації широкосмугового лазера в крилах сольних ліній поглинання на спектральних відстанях біля десятків доп-херсвських ¡сирин від центрів ара розміаєнкі досліджуваної газо -

подібної речовини всередині резонатора та амплітудам модуляції -■

— коефіцієнта підсилення активного серодевива, в основі якого де -жить двине активної синхронізації групи'йод, спектральна відстань міх яккми' співпадав з частотою модуляції. ' ' "

2„ Новий метод вимірювання перерізів поглинання і сил осциляторі з електронних переході»*шутрішьорезокаторїого'-газоподібного досліджуваного середовища, в основі якого леяить цілеспрямоване створення ефекту спектрального збільаення інтенсивності гене-раці і широкосмугового лазера в крилах ліній поглинання та вимірювання спектрального положення піків інтенсивності. Результати ‘ вимірювань.

3. Ефекти двофотонного поглинання газоподібної досліджуваної речовини при ашлітудній модуляції* нелінійного коефіцієнта поглинання зовніянім вузькосвдговим потужним випромінювннням, ХОЛИ ДІЯ ■ підвищення чутливості речовина розмінюється всередині резонатора широкосмугового лазера.

4. Новий метод вимірювання сил осциляторі», дипольних дерехо-дів між збудженими електронними рівнями атома, який засноване на вимірюванні величини двсфотонногз поглинання з основного рівня атома. Результата вимірювань.

5. Принципи дослідження за допомогою методу амплітудаої модуляційної знутрішньорезонаторної лазерної спектроскопії’ рідко -фазних середозия, які знаходяться всередині резонатора широкосмугового лазера.

6. Методика реєстрації та кількісних вимірювань малихкон -........

центрацій рідких доніпшк за ефеято* вимушеного комбінаційного розсіяння /ВКР/, коли дат збільшення чутливості дрслідаувана речовина розміяуеться всередині резонатора лирокосмугового_ лазере

та її нелінійний ^ коефіцієнт пгдриленнж модулюється зовнішнім вузь-космуговим потушим випроміндваяняи. ■

7. Ефекти спектральної концеятраціі' випроміндвання широкосму-

гового лазера біля ліній двофотокнОго шутріаньорезонаторнсго газоподібного поглинача, коли одночасно кодулхвтьсд. коефіцієнт . підсилення аятаккіго’середовища та нелінійного двофотонного поглинання середовиаа. ' ' ■ .

З дисерт?щіі' сформульовані»гс2гріїтоззнї 'наукові,, положення і висновки-, сукупність яких складас esccspiîMWTasbHy і теоретичну

базу ддя разв*тку перспажтиаиого наяриигу лазерної спектроскопії

- методу адалітуддомодуя*ціЛв°ї лнутріиньорезонаторної лазерної спектроскопії / ШЯС ]..

Апробація роботи.

Основні результати дисертації доповідались та обговорввались на н?ступнях конференціях, нарядах їа семінарах:

XII Всесоюзній конференції з когерентної і нелінійної оптики /Цссква-1985/; XX Все сованому з’їзді з спектроскопії /Київ-1988/; І-S Всесогзній нараді "Нелінійні та когерентні ефекти в методі ЗРІС" /Кіровоград-1986/; 2-й Всесоюзній нараді з нелінійних »а когерентних ефектів у ВРЛС /!енінград-І99І/«' ХІУ Ніаиародній конференції з когерентної і нелінійної оптики/Іешнград-І93І/;Міана-родній Пулвївській науковій конференції /Льаів-1995/; науковій конференції радіофізичного факультету Київського унівеситету ім. Тараса Шевченка /Киїз-1995/;засіданнях кафедри квантової радіофізики Київськокго університету ім.Тараса Шевченка /1993, 1994, 1995, 1996/; семінарах відділу квантової електроніки НІТЦ "Сонар" üaH України /Київ-1993, 1994, 1995, 1996/; науково -парахтичній конференції педагогічного інституту т.В.і£.Винниченка /Кіровог-раД-1305/; ХНІ European Conference on Molecular Spectroscopy ( SU CMOS XXII, Essen, Germany - 1995)} XXIII European Congress on Molecular Spectroscopy ( Hungary, 1966).

Публікації.

• Основні результати дисертації опубліковані у 21-й роботі, включаючи три авторських свідоцтва. Список основних робіт наведений в кінці автореферату.

Особистий внесок автора дисертації полягає в тому, до ос -новні наукові результати одержані ним безпосередньо або з його активною участю, як на етапах постановки задач, розробці експериментальних методик і проведенні експериментальних та теоретичних досліджень, так і на етапах обробки та інтерпретації результатів, написанні статей..

Дисертація складається з вступу, п'яти розділіз, висновків

та списку цитованої літератури. Об’єм роботи 260 сторінок.Б роботі зі малюнок та 2 таблиці.Список літератури включає 222 найме;”-'«,.

„ ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ ; . .. .

У вступі обгрунтовано-актуальність вибраного напрямку досліджень, сформульовано мету, основні положення, юз виносяться на захист, обгрунтовано йааазиу, ааув®*е *& щмлїичяв значення роботи, наведено короткий зміст робота.

В першому розділі "Амплітудне модулеція .коефіцієнта підсилення' широкосмугового лазера з внутрішньорегонатораим поглиначем" розроблені основи нового читает таег^зеаааіх - амплітудна ноду .акційна внутрішньорезонаторна лазерна спенгроскозія ДИВЛС/. До-, сліддена його різновид: часова модугяція коефіцієнта підсилення активного середовища шіфокоскугового-лазера з внутрішньорезона -торшш досліджуваним газоподібним поглиначем з сильними ліЗІямк поглинання. . . ' •

Метод ШЗЛС е логічніш продовженням методу внутрівньорезона-торної лазерної спектроскопії /ВРІС/, тому в розділі викладені фізичні - основи методу ВРІС. ~Б" основі цього методу лежить висока чутливість спектра генерації широкосмугового лазера до частотно-залежних зтрат в його резонаторі, коли спектральна зкркна ліній поглинання досліджуваної речовини значна кекзе ніж однорідна ширина контуру коефіцієнта підсилення активного середовнза. При виконанні зазначений умов в спектрі генерації широкосмугового лазе ра на частотах, співпадаючих з лініями поглинання досліджуваного се-редовада, інтенсивність генерації поступово спадає. Прк цьому ь спектрі генерації .з'являються провали, які повторюють спектр ппг-линання досліджуваної.речовини. Мініиеіьний коефіцієнт поглинання *^шііг » реєструється,зн’язений з тривалістю ? неперервної ге--, нерадії прблкау, досиїїдкуьаьої-лінії ї визначається спіебідііошєн-К*“ кт.‘л~ ^рМпогл’2**) . де іі-р - довжина резонатора, і погл-товиина. поглинаючого шару всередині резонатора, С~®видкість СЕІтла-їеоретичкі оцінки дають для коефіцієнтів поглинання, які можна рессгрувати, величину приблизно Ю'^сы“'1. Метод БРЛС має високу чутливість до кевфпдашта поглинання, а також гранично високу авидкодіь.

Спектральну інтенсивність генерації шярокосмуговаго лазера можна представити у вигляді .

3(а,П~1,(цфЄ^М'Є'Ґ (І)

де 30|Ц$- спектральна інтенсивність генерації лазера при відсутності поглинаючої речовини всередині резонатора,коефіцієнт поглинання на частоті 6) .

У видядігу застосування лінійного фотоприймача спостерігаємо!) величинов є’інтеграл спектральної інтенсивності за тривалість імпульсу

і . С2)

Екщо припустити, во за період дії імпульсу не залежить від часу, тоді '-КьСфС'Тм*?

Н6*)=Н>М к^т-с-Тнепр '

Після експериментального виміри ванне експозиціє И , кожна визначити коефіцієнт погашання г центрі лінії КлЛйа).

Зроблено огляд робіт, в яких повідомлено про-різкі застосування методу. ■

Експериментально в неселективному резонаторі за допомогах; методу ЕРДС одержано спектр поглинання атмосферного повітря в шоках

0,9 - 0,98 ккк / активне середовище - лужно-галсідкий кристал 1/^ з - центрами забарвлення / . Чутливість визначалась тривалість імпульсів накачки / -і складала З'ІО-" см_і. Б дій же

спектральній області отримані спектри поглинання СН^ОН.Ш^. Особливо підкреслюється, що методика не змінювала контурів слабких ліній поглинання. Вони зализались симетричними відносно центрів ліній поглинання.

т, - . О

В науковій лгтературі деякі автори повідомляють про спостре-кення ефекту значної зміни / деформації / контурів сильних ліній поглинання внутріиньорезонаторних досліджуваних середсЕкщ, і , навіть, появи в ряді експериментів аномального збільшення спектральної інтенсивності генерації широкосмугового лазера г кріитх сильних ліній поглинання / так званого ефекту спектральної каидексціі випромінювання широкосмугового лазера до лінії поглинання/.

Для пояснення ефекту були запропоновані різні механізми: появлення дисперсійної лінзи яг наслідок насичення поглкнеьнне иг. вісі гвусового пучка, когерентні ефекти поляризації погликегчкх атомів, утворення реаітки поглинання як наслідок насичення, зменшення дифракційних втрат всередині резонатора під вплкьоьс х*--;го-

подібних властивостей поглянатчого середоввда, лінзоподібність знутрішньорезонаторного середовица та іниі.

Вивчаючи роботе багатьох «вторів з цієї проблеми, мокна виділяти основні загальні ркси ефекту: І/. Конденсація випромінг -ванкя з’являється тільки поблизу сильних ліній поглинання, пі» -Ч0«у7збІЛЬИЄНК1 ГУСТИШ ПОГХКНМЗЧИХ атомів В5ЩЄ деякої визначеної величини; 2/. Інтенсивність лінії конденсації залежить від перевищення інтенсивності накачки над ішрогзм; З/. Спектральна відстань мі*- центра*» -*іяі1--«0!ад,саеації' т£ ц&і£раіія-іікіЗ поглинання в десятки рагів ПЕрввкжув доплерівсьху спентрадьау оирику лінії поглинання; 4/. При підвищенні тиску, буферного газу, який розширює контур лінії поглинання, інтенсивність в лінії конденсації зменшується, і при підвищенні тиску до .деякого значення ефекї' -повністю зникає; 5/. Сильне повздоваие магнітне поле змекаує інтенсивність лінії конденсації.

В дисертаційній роботі запропоновано механізм, який, ноже.приводити до появлення"ефекту'спектральної конденсації.

При математичному описові фізичної моделі був розглянутий випадок кільцевого однонаправленого резонатора з тонкий активним середовищем, яке зосереджено В ОДНОЫУ МІСЦІ. Координаті ? ЕІДР&-х-густься від тонкого активного серздовігза у напрямку рсзпогссд-сення випромінювання. Поле випромінювання всередині резонатора можна вважати пласкою хвилев £Всю взаємодію випромінювання з тонким активним середовкием иозна описати коефіцієнтом підсилення ^^інтенсивності за один прохід......................

' ете'М = А(<Н№-Е*(*Л). . (і)

£кзс ввести коефіцієнт підсилення інтенсивносгі^/У-УА^ то '

£(£о)~а$>£&Л) . . (о)

Вважалось, що часова залежність аобумовлена періодичною модулях:: се накачки активного середовища з періодом 2Я/Й

а(^ - г ¿?п~Я-ъ .

Поле вкпроиінввання розкладки по повздзяяним модам резона-, їарь ...... ........ ...-..........— -.........

~ ^¡~ ¿у (ї/Ь*" (кр в - (7)

де ^ - номерповздовзстьот иодаТ <Цр - її хвильовий вектор і

частота, полільно змігаввані комплексні амплітуди окремих

код випромінювання- Вважаюсь, в» досліджувана речовина, яка мав закон дисперсії рівномірно запсвкюс весь ре-

зонатор-

В межах запропонованої моделі можливо отримати рівняння руху для повільних комплексних амплітуд

^-ь«,)м+

\І. г-£гЛе'р[<Ь-“г*-п&№} • м

де £ - довжина резонатора. Модуляцію вважали синусоїдальною.

Якісно ефект спектральної конденсації можна описати таким чином. Пря наявності всередині резонатора поглинаючої речовини , яка створює дисперсію, міхмодова відстань 4 йі в різних частинах спектра генерації відрізняється. Ноже виявитись, по існує така область, в якій міякодова відстань наближається до частоти зовнішньої модуляції £ . Якщо ця область містить достатньо велике число мод, то ці мода можна вважати квазіеквідистантникх, і вони синхронізуються завдяки зовнілній модуляції. їх інтенсивність, зростає, що приводить до зриву інверсії населеності, а завдяки цьому генерація в іншій частині спектра повинна згасати. Ери спектральної конденсації випромінювання відбувається тільки де -рерозподіл інтенсивностей за спектрами без істотного змінення сумарної інтенсивності. ,

В другому розділі "Експериментальне дослідження впливу ча -сової модуляції коедіщента підсилення на спектр генерації широкосмугового лазера з внугрішньорезонатории» пог ликачем'ре оглянуті наслідки експериментальних досліджень. :

^ля проведення досліджень, які дозволяють підтвердити модель механізме виникнення аномального збільшення спектральної інтен -счаності генерації широкосмугового лазера в крилах сильних ліній поглинання внутріашьорезшатарнсго досдідкуваного середовища буза запропонована методика реєстрації генерації як інтегральна за часом,так і з високим /субнаносекущдшш/ часовим розділенням.

Досліджуваним об'єктом був тфокоснуговвй імпульсний лазер на розчині органічного барвника ДОТС /.З*, -З* - діетшииссатріпгвр-боцканін / у даметилсульфоксиді , який накачували імпульсом гене-рзггіт рубінового лазера. Всередині резонатора широкосмугового лазера розташовувалась кювета з парами атомарного калію, яку нагрівали. В спектр генерації лазера на барвнику / 755 - 775 нм / попадали скльїіі резонансні ліиії соглЕШіни дублету калію і Д2

/ 769,9 і 766,4.9 нм /. -■■. ; . ' : . .

Лазер на барвнику накачувала рубіновим лазером, який працював або в режимі гігантського імпульсу, або л режимі часткової синхронізації мод. Як пасивний затвір використовувався розчин кріптоцианіну в даметилсульфоксиді.. Тривалість імпульсу генерації рубінового лазера близько 40 не. Це випромінювання за допомогою лінзи фокусувалось на кювету з розчинам органічного барвника ДОТС

в даметилсульфоксиді, Інтенсивність накачування приблизно ...........

40 Шт/см^~. - Кввета /пічепеціальної конструкції / з парами калію розтасовувалась в резонаторі лазера на барвнику, утвореному плоскими дзеркалами з коефіцієнтом відбиття 95 %. Повна геометрична довжина резонатора приблизно 40 см. .

Інтегральний за часом спектр випромінювання лазера на барвнику реєстрували за допомогою спектрографа,зібраного на базі ав-токолінаційної каиери УФ-90 /фокусна відстань 1,3 и / з роздільною силою 150000. Одночасно можна було реєструвати кінетику спектра генерації за допомогою електрокно-шткчкот каиери Д0К/,як-; запускалась від $£К-09 , розгортка спектра з часовим ’рЗзділенняк приблизно 50 пс була отримана на виході спектрографа СТь-І. який має роздільну езоу.30000... ... ..- .—. ....

Калі бровка концентрації калію в кюветі ж залежності' від температури стінок здійснювалась за класичною спектроскопічною мето-дькоб.

Ефект конденсації виникає в ояроких межах зміни інтенсивності випромінювання лазера на барашосу в парах калію і концентрацій атомів калік.Ефект виниклі; починаючи з концентрації калію близько с« Спектральна відсткль яіяцеятраііилїнїй "конденсації"

і ліній поглинання складає від 10 до 100 доплерівсмсиг »»рин / = І ГГц , а ударна яхрггаа * 0,2 ГГц /.. .

В експерименті змінювали концентрації) парів калі в в мехах 10^ - 10*^ см'3 при тиску буферного газу гелів близько 10 торр.

Згідно моделі механізму утворення ефекту спектральної кон -денсації для його виникнення необхідна амплітудна модуляція коефіцієнту підсилення активного середовища з визначеним періодом.

Був поставлений експеримент, в якому коефіцієнт підсилення барвника примусова модулювали з. періодом близьким до часу обходу резонатора. Для досягнення такої модуляції створювались умови, ари яких рубіновий лазер випромінював в режимі часткової синхронізації мод. Зміною параметрів рубінового лазера і пасивного затвору можна було змінювати ступінь синхронізації мод рубінового лазера, тобто амплітуду модуляції інтенсивності випромінювання.

Експериментально доведено, що "конденсація” випромінювання поблизу лінії поглинання відбувається тільки при амплітудній модуляції імпульсу накачування. Спектри ,отримані при оптичній довжині резонатора лазера на барвнику, яка дорівнює 0,87 від довжини резонатора лазера на рубіні. Концентрація парів калію біля 10* см~^. Яри зменшенні концентрації калію до 3"10^ см~^ ефект "конденсації" випромінювання зникав. Невеликі зміни концентрації каліи або співвідношення дозхин резонаторів приводили до зміни інтенсивності і спектрального положення ліній "конденсації" випромінювання. Найбільш сильний ефект "конденсації" спостерігався при співвідношенні оптичної довжини резонатора лазера на барвнику Д* до оптичної довжини резонатора рубінового лазера дещо меншим за одиницю. Коли співвідношення , ефект не спостерігазся.

При співвідношенні рівному 0,8 і менше ефект також не спостерігався.

Описаний експеримент підтверджує вплив синхронізації мод на спектральний розподіл випромінювання широкосмугового лазера. Поблизу сильної лінії поглинання існує дисперсія показника заломленая, яка приводить до нееквідистантності частот пьвздовжних мод резонатора Синхронізація мод можлива тільки в тих спектральних межах, де міжмодова відстаньА^^б^ близька до частоти модуляції коефіцієнта дідсилення&даУУ^^». Імпульс випромінювання, який формується з тих мод, фази яких синхронізовані, приходить в активне середовище завжди в той момент часу, коли підсилення мінімальне, «о приводить до ¡¡жидкого зростання спектральної інтен-

сквності в межах деЧ^Г^*®.

При кабіижєнні.до лінії поглинання иіююдова відстань зиен-пується / як ліворуч* гак і праворуч від лінії поглинання/. Якеє величина ¿к дещо ігегеве ір , то поблизу лінії поглинання може іс-кувати область, де можлива и^нхронізація нод.'Якзіо відмінність (,к і ¿р велика, то область, де й^~а>£=52 буде знаходитись поблизу центра лінії поглинання і виграя я підсиленні буде знкяений сильним поглинанням. _, . •

£дя експерикгнталіікого дідггерд?:ения моделі ефекту спектральної конденсації також була досліджена кинетика явада з субнаносе-кундним розділенням.

Розгортка електронно-оптичної камер“ була не зсгеім ліній -нов, однак поблизу ліній чітко видно збільшення спектральної Інтенсивності вкпромінпзакня лазера на барвнику / ефект "конденсації"/. Фаза модуляції випромінювання в лінії спектральної конденсації відстає за часом від фззи иодуляції вкпромінпваннк в спекг-рельних областях, яхі знаходяться далеко від центра лінії поглинання. ’

Б роботі показано перспективи викарксгзннл ефекту спвктрагь-нс-ї конденсації в иг. р о мі нв я ання сйрокосіїугового лазера по£х;:зу ліній поглинання Екутріяньорезо.чаторнйх газоподібних поглиначів дл«г тзииірвзання з високим ступенем точності інтегральних перерізів поглинання електронних переходів.

Пік конденсації повинен виникнути на тнх^частотах,' де виконана умова Ай)^-52 , тобто

ка*$ є У г .... ‘----- : .......... '

Останньому виразу мскна надати інший вигляд

,___ ' -

, ' <І0)

2 - інтегральний переріз поглинання* Тдіс^ — період модуляції підсмяошк. г - час с?г~^у' знирочінвзанняк порожнього резонатора, АСО - спектральна зідсгснь кіж пік амк інтенсивності з.обох

с-орї.ч »:д. іііОЇ поглинань». " ' *".......

С'тхе, по суті, інтегральний переріз поглинання електронного переході' 2 па»’язанкй з спектральною відста.іню між піками кон-^енсаіаї п крилах лінії поглинання. .

Суттєво» «о спектральне положення піків конденсації не залежить від величин* і характеру розширення спектральної лінії.Де дає можливість визначити інтегральний переріз Z для ліній поглинання з невідомих профілем, не виконуючи операції інтегрування по контуру. Останнє особливо суттєво для вузьких спектральних ліній, ширина яких менше ніж спектральне розділення апаратури, яка використовується. '

В роботі з високою точні ств вимірювалась спектральна відстань між піками "конденсації” випромімигання на фотоплівці. Після введення в формулу /іо) необхідних значень фізичних величин, були визначені значення інтегральних перерізів поглинання 2 для і ¿2 ліній поглинання калію.

Зв’язок величини 2? з с ялами осциляторів добре відомий. Тому ке виникав труднощів виразити відношення сил осциляторів одночасно спостережуваних ліній через спектральні відстані між пікамк конденсації, які вимірювались експериментально,

(/* ь>г)г . (и)

Запропонована методика використана для вимірювання відношення сил осциляторів резонансних електродипольних переходів атомарного кадіг ^,тй> 4^Рду2 /766,49 ям / і 4%і/2^42РіУ2 /769,9 нм /. '

Зазначене відношення, усереднене за отриманими спектрами,дорівнює 2,1. Точність вимірювань біля 5$5. Це ж саме відношення, але' отримане іншим методом, дорівнює 2,03. Таким чинам, виміряне за новою методикою відношення сил осциляторів знаходиться в доброму узгоджені з результатами іших авторів.

З деко меншою точністю визначені абсолютні значення зазначених сил осциляторів. Найбільший внесок в помилку дає процес вимірювання концентрації парі а калію. Сила осцилятора переходу 42S да „ it =¿0,35Í0,Q7) i відповідай дія переходу 4 S-r/?-** 42Р3/2 £-ГО,74±0,і5) .

. Розміщення дослідхуваноі речовини всередині резонатора ба-гатомодового лазера має принципово важливе значення, а також знач-' но підвищує чутливість вимірювань.

Зміна фор« спектральних ліній* «ta викликається зіткненням випрокішпшга або аагжинавчага атома з іншши атомами і проявляється в рсзшрвпі, асиметрії, а іноді, в Появленні дифузних смуг,

відкриває НОВІ МОЖЛИВОСТІ для вввчёння збурення термів.' Досліден-ия за допомого» «их ефектів міжмолекулярних сял становить інтерес не тількядяя фізиків, теоретиків та експериментаторів, а також ден тих, хто працює над деякими основе-'і га проблемами хімії, генетики і астрофізики. ■ ... ■

Ефект "конденсації“ залежить від тиску буферного газу, який розширює ліків поглинання..Спектральне положення центру лінтї “конденсації" від ударного розширення не залежить, -!? міру того, як . .

тисх буферного гвзу'зрсетет; ростуть, атраіи на частоті ліній "конденсації" через збідьсення'коефіцієнта поглинання на даній частоті. Починаючи з деякого значення тиску буферного газу, втрата на . . один прохід на -частоті, яка відповідав ефекту, виявляються біль-зиьш, ніж підсилення в активної» середовищі, і в спектрі генёра -ції лазера на барвник}7 замість лінії спектральної "конденсації" утвориться звичайний провал. - •

При підвищенні тиску буферного газу гелі® піл. "конденсації" зникав спочатку з Однієї сторони, а прн подальшому підвищенні тиску - з обох сторін від лінії поглинання, Нзодночас ність зникнення піків говорить про асиметрія ударного розширення лінії атомарного калію гелі єн. •

Б третьому розділі "Модуляція коефіцієнта поглинання Ечутріо-ньорегонаторного досліджуваного середовища" розробляються основи, нового методу амплітудної модуляційної внутрішиьорезояаторної лазерної спектроскопії /АЫВЛС/. Розглядається методика , пов!язэна з модуляцією коефіцієнта поглинання - нелінійного поглинання дос- . ліджуваного газофазного внутріяньорєзокаторного середовища.

Розвинута методика реєстрації двофотонногэ рогликання та про- . ведення кількісних :вшірввань. Враховані фактори, *ЕІ впливають на точність вимірсвань. Значна частина сучасних ян»и*. про будову атомів та молекул була сдергана за допомогою лінійної спектроско • пії, коли коефіцієнт поглинання і показник заломлення не залежить від інтенсивності світла. Б цьому лінійному наближенні атоми поводять себе як ГАрижійні.^аетавчі' -асцагятора, які здійснюють ви-иуиені коливання. Однак, при збільвеяні інтенсивності світла це наближення не виЕонуетьсй. ложвс® деервя соїУенЬго лаагрного випромінювання було зареєстровано багато пікам» иититаюг

ОДНИМ З НИХ Є ДЕОфОТОННе ВПТЯНЯВИ,

Яри великих інтенсивностях світла атом може здійснювати переходи з основного квантового стану в збуджений стан тієї же парності , поглинаючи два фотон» , сумарна енергія яких дає необхідну енергію переходу. Такі процеси е важливими для спектроскопії тему, по дозволяють досягати високорозташованих станів за допомого» фотонів малих енергія та вивчати переходи, яхі заборонені а електродипольному наближенії звичайними правилами відбору.

Для отримання кількісних величин перерізів двофотонного поглинання запропоновано використовувати метод'АУВДС, який крім високої чутливйсті до селективні« вузькосмугояих втрат, дозволяє реєструвати спектр дїофотоштго поглинання одночасно в широких спектральних мехах. Далі під термінам " спектр двофотонного по -глипання” будемо розуміти спектр внутріаньорезонаторного поглк -нання в смузі генерації широкосмугового лазера при одночасній участі фотона вузькосмугового лазера. Випромінювання вузькозмуго-зого лазера модулює коефіцієнт нелінійного поглинання внутрішньо-резонаторноі досліджуваної речовини / газоподібної /. Приведені спектри повністю відповідають спектрам ймовірностей двофотонного поглинання. • . ".

Чутливість внутрішньорезонаторного спектрометра з використанням імпульсних лазерів мою бути оцінена в межах слідуючої моделі: зміни спектрального розподілу інтенсивностей генерації з часом описуються наступним виразом

/ = Що)' ехр[К,с(ы) -Кпог/ы)] С't t (iz)

де ще - інтенсивність генерації на частоті Ы в момент часу Kjc (OJJ і- спектральний розподіл підсилення і втрат, які усереднені по довжині резонатора, С - швидкість світла,t- час від початку генерації.

Перерізи двофотонного поглинання вимірюються методом АШЛС по слабким лініям поглинання речовини в резонаторі широкосмугового лазера при дії на досліджувану речовину концентрації М додаткового потужного вузькосмугового випромінювання. Коефіцієнт поглинання Кг ¿м) в цьому випадку е пропорційним густині потужності І додаткового випракінввання та перерізу двофотонного про -цєсу Показник експоненти ^12 J в цьому випадку набував

вигляд

І-Ф6'гґсЛ)чМ=ГЛ'&г&)'с У ------------------------ (із;

де р - енергія випромікивання вузькосмугового лазера, яка пройшла через одиницю поверхні поглинаючого середовища за імпульс генерації вузькосмугоного лазера. Тобто , чутливість внутрілньоре-зонагорного спектрометра до двофотонного поглинання визначається гкергізю випромінювання вузьхосмугового лазера. Тому для дослід-, ясна» двсфзтонних процесів можливо вихзрйСігкти лазери, яхі пра -цдать в режимі модуляції добротності, .з часом випромінювання І0~^ - І0~7 о. В таких умовах змеиьяуеться вплив інтерфереційної структури на елементах резонатора на спектр лінійного поглинання.

Наведені міркування і е основою методики реєстрації та дослідження процесів нелінійного поглинання в атомарному калії. Вибір потухлого вузькосмугового рубінового лазера, якій модулює внутрішиьорезонаторне поле, а також тип органічного барвника для активного середовища кирокосмугового лазера був,, визначений будовою енергетичних рівнів атомарного калію. Б умовах експерименту було мсхпизим реєструвати три двофотонних переходи з основного стану 2/2 на рівні тієї ж парності 6^2£/2’ 4^1) та 4^Е>0^2* ймовірності цих переходів відрізняються на декілька порядків. -

Інтегральний переріз двофотонного поглинання е найбільш об’ ективноп характеристикою переходів тому, до практично відсутні дані про розширення зисокозбудясених рівнів атому.

Повне поглинання двофо тонно і лінії / еквівалентна ширина/ . дорівнює . .

, ................ >)

де і - довжина стовба пагетнавчого середовища, л - довжина резонатора, У- концентрація поглинаючої речовини, інтегральний переріз двофотонного поглинання, С ~ швидкість світла, ^$»енер-гія зузькосмуговогз лазера на одиницю л^овц, яка пройшла за час випромінювання, $ - числовий шожик. .

Формула (і4) даз можливість вимірювали інтегральні перерізи двофотонного поглинання: по повному поглинання в лінії А . яке

визначавта'експзрш5Нг£шьйо. ■ ;.......

Розроблена методика дає-можливість аре годити кількісні вимірювання з високою якістю і тоді, хеля енрина апаратної фуншхіх

каналу реєстрації перевищує вирину лінії двофотонного поглинання.

ймовірності, двофотонних переходів, розраховані за теорією збурень:

[|І,

де 0<д *4/3, коли ^|»І/2; коли Уд =І/І,

©,’а “4/3, ти Зв'*ЗД; %*4/3. ком І{^=3/2;

* 0#«В/3. коди $ “3/2, і^-І/2

. коли у-»3/2, ^»3/2

^-В/5, коли *^«3/2, 3^=5/2.

Переріз поглинання • -

Є-= Р/Уг , .¿у

Де потужність випромінювання барвника, яку

V поглинають атоми калію при двофотокних п е~

т> І»С& »? ,2 ‘

і ~ —2""|Ск| - інтенсивність випромінювання барвника у спектральній мекі Ф*« .

Переріз поглинання за рахунок двофатонних переходів, який вимірюють за спектром генерації барвника

^і7)

Тому : існує коефіцієнт погзшквннят^^’^г на деяких частотах. Наявність цих селективних втрат зсерадані резонатора веде до виникнення ліній поглинання ь спектрі генерації широкосмугового лазера на частоті &і*, тобто до. спектрі’ двофотонного поглинання. Тоді переріз двофотонного поглинання

• Використовуючи всі вирази та умову, та випромінювання рубінового лазера і лазера на розчині органічного барвника лінійно поляризовані, & вектори пшшркацхх паралельні, залишмо вираз для іитег-рал».чого перерізу двофотонного поглинання:

Активним середовищем широкосмугового лазера був розчин барв-никаДСГС у дииетилсульфоксиді, який накачували випрмінюванням рубінового лазера. Випромінювання рубінового лазера розповсюд-лузалось через пари кал» і потій потрапляло в кювету з баірвни -ком. Пара надів розташовували всередині резонатора лазера на бара-нияу. К»в®ту з яаліем можна було підігрівати, контролюючи температуру стінох. Довжина резонатора 40 см.

Рубіновий лазер працвзаз в режимі гігантського імпульсу 60 не,

0,14 Де. Реєстрації) спектрів генерації лазера на барвкиу? здійс-нвгали за допомогою спектрографа на базі автоколімаційної камери УФ-90 з фокальною відстанню 1,3 м і дифракційної решітки 300 щт/мм, яка працювала в 7-у порядку. Калібровку довжин хвиль виконували по лініях неону* ....... ....... *

За експериментальними даними були обчислені інтегральні перерізи двофотокного поглинання атомарного калію, які дорівнюють

чо-24 Ац/з2..

За допомогою нової методики можна визначити сили осциляторів переходів міх збудженими станами електрона в атомі калі». Спів -відношення, яке при цьому використовали

А,- - 32/Г . (20)

Х2а , * ............

Сила осцилятора Т*гР?лг&>/і^визначена з точністю 40 % і добре погоджується з даними іш^х авторів.. З цією х точністю: виміряно сили осциляторів

Точність вимірів в основному залежить від точності визнання концентрації атомі» калів. . . •

Для підвивання точності вимірів деедідяено вплив високочастотного ефекту ¡Игарка... Ргзроблено рекомендації. • . - ..

В четвертому зозділі "Уодуляція нелінійного підсилення Екут-ріпньорезонатерного досліджуваного середовища",роз винута методи-, ка дослідження рідких середовня, які роаЬхаують всередині резонатора иирокосмугсвого лазера для підзшенкя чутливості доміджень.

. Спектр генерації широкосмугового лазера' мас високу чутливість не тількі до вузьяосмугового юовфіцівнта поглинання, а також і до

вузькосмугового додаткового коефіцієнта підсилення. В останьому випадку в спектрі генерації повинні з’являтись вузькі лінії підсилення на фоні сироко і сму^ч гьнерації. Де так і буде, кода виконуються умови, що оирина лінії додаткового підсилення значно вужча ніж однорідна ширина коефіцієнту підсилення активного середовища. ■ '

Завжди є багато експериментальних задач, в яких треба дос -лідити рідкі речовини або їх розчини різної когадентраці ї. Але це не можливо здійснити за допомогою внутріиньсрєзонаторної лаззр -ної спектроскопії по лініях поглинання досліджуваної речовини.

рахунок сильної міжмолекулярної взаємодії лінії погдішання рідких речовин значно розширені. Еирика цих ліній стає однаковою з шириною однорідного контура підсилення активного середовища.

Достатньо вузькими є лінії вицушеногс комбінаційного рог -сіяння / ВКР /. В цих процесах беруть участь коливальні рівні.

Коли речовина , що досліджується, і в якій виник»о вузько -смуговий коефіцієнт підсиленнясф*с), розташована всередині резонатора. з широко» однорідною смугою підсилення до якої потрапляв і частота Сйе, то при багаторазовому розповсюджені світла всередині резонатора в спектрі генерації широкосмугового лазера з’я -виться вузька лінія підсилення на частоті С0с.

ікіна спектральної інтенсивності буде проходити по експонгн-ційксму закону '

Зя ХМ-єлр[*(<*с)'С'£- '¿) , (21)

дз інтенсивність вкпронінавакня у центрі доедідгузаж!

лінії обвідка контуре спектрального розподілу випромінювання лазера. -

Якщо імпульс генерації кожна вважати прямокутник, то біднс— шення експозицій приймача вяпрмінквання для інтегрельнкх за ча -сом спектрів генерації, яке виміре сться в експерименті, можна ПреДСТаЕЬЇИ у вигляді , .

\ ¿4 Ті-4

НоШ~ ос(оіс\с-^Т 1 (&)

ДВ Н((&с)~ е»:сп03КЦІЯ у центрі вузької ліні:' підсилення, експозмція пря відсутності лінії / в межах лінії /, Т - тризе -лість імпульсу генерації.. ' . -

Використовуючи (22) , можна визначити величину додаткового иіеияення ос ,ч ..... '

В умовах опромінювання внутрішньорезонаторгіого досд ідасуванс-го середовшда зовні-сшсд потужним вузькосцуговим випромінюванням / модуляція нелінійного коефіцієнта підсилення / здісншться процеси викупаного комбінаційного розсіяння/. . . . >

. З теорії ВКР випливає , цо на частоті стоксової лінії КР ÜC= / ДЗ S - частота власних толивань молекул/, збудже-

но! ионохрсиатичним випроміквванням.частоти «# > існус підсилення, пропорційне інтенсивності зовнішнього випромінювання

де Ас - довжина хвилі лінії КР,6*(&у- переріз КР на одну молекулу, У - концентрація молекул, д6іе - ширина лінії КР, /біквадрат напруагавосіі поля .на частоті» збудкення; ' ........

Дія визначення достовірності кількісних вимірювань за допомогою кетова АШЗС, виконано вимірювання повного перерізу КР для коливально-обертового розсіяння у 0,-вітці газоподібного азоту. Цей переріз вже вимірювалиЛнші автори з точністю до 2 %.

Дая збудження процесів ВКР використовували випромінювання потужного рубінового лазера. Це випромінювання також збуджувало активна середовища / розчин барвника ДГТС у даметилсульфоксиді/. Спектральні межі генерації...620 - 835, ни. Інтегральний за часом спехтр генерації реєстрували за допомогою фотоплівки И-8І0. Центр лінії КР знаходився на довжині хвилі 8262,8 Я, що відповідає частоті коливального кванта .2331 см“ . •

Знайдене значення переріз;' КР (l,3¿0,4)*10“^ аг співпадав з даними інших авторів. -

Далі було досліджено спектр ВКР розчинів пірідіна у воді. Концентраційна чутливість, штодиня 80 мґ/л.

Одночасно ^зсстрували- дві лінії КР з коливальними кванта*® 991 і 1030 си-". Величини коефіцієнтів аідскаекня буди 8*І0~* та 7,3'ІО-4 см"" » відповідно,/ . концентрація 25 %/.

Зареєстровано зміну величини коливальних квантів при. змень-шені кількості молекул пірідіна у водаэду розчині до 1004 см" і відповідно 1035,4 см~ / 0*5 % пірідіна /. .

■У д*ятоиу розділі "Подвійна иодуаяція. ¿Ына „»омини резонатора" досліджено їа запропоновано ішіі метода ж>дувяції пара -метрів резонатора. .

В умовах одночасної амплітудної модуляції коефіцієнта, підсилення активного середовища та нелінійного коефіцієнта поглинання досліджуваної внутрішньорезонаторної речовини, зареєстровано ефект спектральної конденсації випромінювання широкосмугового лазера біля ліній двофотокного поглинання.

Ноля в атомах кал і» відбуваються процеси, двофотоннсго по -глинання на частотах що відвовідавть крилам ліній, існує дисперсія нелінійної сприйнятливості, а тому моди лазере на барвнику стають нееквідістантними / стають густіша» з двох сторін від центра лінії двофотоного поглинання/» Якщо частота йоду дяці І коефіцієнта підсилення активного середовища, яка Еизначасться довжиною резонатора рубінового лазера, співпадає з міпісдовое відстанню групи йод в крилі лінії дБофотеннаго поглинання, то ці моди синхронізуються ї умови їх підсилення стають значно криці. Інтенсивність генерації їіагатомодового лазера на частотах цієї групи мод значно зростає за рахунок всіх інших мод. Дня значної зміни иіхмодової відстані потрібно збільшити концентраціс поглинаючих атомів калію, ідо і фіксували екслеркмгнтальна.

З летою зростання спектрального розділена*даного методу запропоновано новий спосіб досліджень надто вузьких ліній поглинання внутрішньорезонаторних досліджуЕанюс середовищ. Модулюють довжину резонатора широкосмугового лазера та реєструють спібвідяо -шекня інтенсивностей генерації на одній моді та інтегральної ка всіх модах. ~

НКЖПНКУІ Основні результат» робота такі:

І. Експериментально з субнаносекундним розділенням досліджена кінетика генерації широкосмугового імпульсного лазера на барвнику

з лазерним накачуванням. З'ясовано і що при акплітудкій модуляції коефіцієнта підсилення активного середовища з періодом дещо більші ніж час обходу / приблизно на 15 % / випромінюванням порок -нього резонатора, в крахах сильних лінхіі потакання виутрітньсре-аокаторкоТ досліджувано! газоподібної речс»кни аномально аростас

спектральна інтенсивність генерації / ефект спектральної "конденсації випромінювання /. Зареєстровано, що випромінювання на час -тстах піка конденсації пульсує з частотою модуляції.і під кінець імпульсу нагадування, за рахунок конкуренції в процесі зняття інверсії активного середовида, в генерації залишаються тільки «одо,

які потрапили в-крила дініїпоглинання. ' '; ... • - -

2.. Виявлено механізм виникнення ефекту спектральної.кснденсаціІ • 2КпрсиГ»ї)Еання, який базується на ноделі активної синхронізації групи мод, які потрапили в крило лінії поглинання внутрішньорезо-наторного досліджуваного середовища» частота мінмодових биттів, яких співпадає з частотою амплітудної, модуляції коефіцієнта підсилення активного середовища широкосцугового лазеріа.

3. Запропонована і апробована методика кількісних вимірювань сил осциляторіБ елэктроднпольних. переходів, яса використовує ефект слзктральної яовденсації,. випрсмінввайня і яка- дає ■ можливість проводити замірювання без визначення коефіцієнтів поглинання. З точністю 5 % проведено вимірювання відношення сил осциляторів резонансних переходів атома (його калію

4. Показана можливість дослідження асиметрії контурів ліній погли-

кашія зи^трілньо резонаторних досліджуваних газофазних середовищ, коди використовується ефект спектральної конденсації. Зарессрова-но зростання асиметрії резонансної лінії поглинання ©¿(766,49 нм) атомарного калію концентрації 10 см-^. при зростанні,тиску буферного газу гелію від 7 до 130' торр. .

5. Розроблена і зібрана установка для дослідження спектрів гене-

рації імпульсного широкосмугового лазера на.розчині органічного барвника при амплітудній модуляції коефіцієнта нелінійного поглинання внутрішньорезокаторного атомарного калію зовнілиім випромінюванням рубінового.лазера. Зареєстровані спектри цвофотоиного поглинання атомарного каліп на переходах’ 4^ 5 ^'5-1/2* 1/2'*’

4^3/2* * ^^1/2"*’ '^-^ 5/2* -

6. Розвинута методика кількісних вимірп&»н:ь перерізів двофотоняого

поглинання по лініях даофотонного поглкнаяія- Виміряні переріза двофатоякого погяинїлня кал ів при переході електрона з основного стану 4*"В1^*2 з збудкні станятіе! а-парості 6 5 4 $2/2

і які відповідно дорівнюють (і.З -0,4^0 .

(2,7 - 0,6) -ІО"24 т&(е,4± 2) *І0^ м-Гц/З2. Досліджена зале-

ність перерізу переходу ^5 2/2*» ^ від частоти генерації

рубінового лазера, холи II змінювали в.межах 20 см при обдуванні рубинового кристалл паров рідкого азоту.

?. Запропонована нова методика вимірювання сил осциляторів дипольних переходів електрона між збудкзними рівнями атомів за певним поглинанням в лінії двофотонного переходу. Виміряні скли осциля-торів-*г1)ъп} МЄТйД0М &М_

пяітудаої модуляційної внутрішньорезонаторної лазерної спектроскопії, які дорівнюють відповідно (0,014 - 0,005^ , (0,27 - С,Іі)*ІС“‘>

і (.0,26 І ОД)-НГ3.

8. Розвинута методика дослідження рідких середовищ, які ’для під-бицєння чутливості розміщують всередині резонатора пирокосмугово-го імпульсного лазера. При амплітудній модуляції внутріжньорезо-наторного поля потужним вузькосмуговим зовнішнім оптичним полем відбуваються процеси вимуиенного комбінаційного розсіяння в дое-ліддуваній речовині, ар призводить до виникнення додаткового вузь-космугового коефіцієнту підсилення, який реєструється і Ешірс -ється методом АНВДС. На експериментальній установці досягнуто концентраційну чутливість домішок пірідіну у воді 8С мг/л.

9. Методика кількісних вимірювань по спектрам Вії? перевірена при реєстрації переріза КР -вітЦЇ газоподібного азоту / частота коливань 2331 см”*/• Отриманжі експериментально значення перерізу (і,3 - 0,4) *10”®® сзС знаходяться в доброму узгодаеняі з даними інших авторів.

Ю. Зареєстровано ефект зміни коливальних частот молекул пірідіну у воді завдяки міжмолекулярній взаємодії. Частота пульсаційнкх коливань кільця пірідіна(<?іГ%^ яка дорівнює в чистій речовині 991 см“*, зростала до 1004 см в 0,0 % вадноцу розчині,_а частота коливання 1030 см“^ зростала до величини .1035,4 си~*.

11. Зареєстровано зміщення ліній поглинання резонансного дублету

атомарного калію під дією ефекту Ьітарка. Зафіксовано зсув лінії двофотонного поглинання переходу 4$ -► 62 в полі потужного випромінювання рубінового лазера на величину до 0,Ь см“-1 внаслідок ефекту Етарха. •

12. Досліджені ефекти, які виникають при одночасній амплітудній модуляції коефіцієнта'підсилення активного середовище, та ксефі -пієкта нелінійного поглинання досліджуваної речовини, ям розте-

иовусться-всередині резонатора тирокшагугового лагера на розчині органічного барвника. Зареєстровано ефект спектральної кон -денсації випрсмігшваняя широкосмугового лазера в крюгі лінії дво-

фотокиогс поглинання на переході

6-S -Ц2 «товарного калію. Задрадонована- якісна модель-ефояту»®еа базуєтеся «і яви-п* вимушеної, синхронізації групи код широкосмугового л&зера, що стають густішая* в кшдах ліній двофотежгого потяннаш»? шаслідок дисперсії показника залсклаінші пра азшлгяудяІЯ модуляції. Коли частота модуляції коефіцієнта підсилення ажтнансґо■ середовища співпадав з міжмодовоп відстанню ґ>рупн мод в крилі лінії двофо-тонкого поглинання, то ці мода сжнхронізувться і уновг їх підсилення стають значно криці. .

12. Запропонована нова методика дослідкуваїшя з лешошм спектраль~ ним розділенням вузьких контурів ліній .догаялання- /-або підсяден-ня/ речовин, які для пхдвиаення чутливості розміщують веередані резонатора широкосмугового лазера. В основі методики дежить модуляція довгікни резонатора багатоиодового лазері.

Основні результати опубліковані в наступних роботах:

1.Бавв В.Ьі., Гамадий 3. &., Лобанов В. Д., Свиридекков Ь.к., Суч-2.0В А.£., Хуяугуров В.іі. Пркыекени8 лазеров на.центрах окраски

в гкглачно-гадоцдких кристаллах для внутрирезонаторной слезили ¿¿лишни.//Квантовая электроника..-IS79.-т.6,FI,-С.32-9?.

2.Баев ВЛ£., Валикова Т.П., Гаыалкй Б., Свириденков S.A., 4VT ~

ндб A.i. Прямое измерение сечения двухфотонного поглощения кете— дом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии.//Квантовая электроника. -1984.-т.II,»12.-0.2413-2416. - .

3.Бгег. Ь.к., Гам&дай В.Ф., СвириденкоЕ 5.А,., іоптнгйн Д.Д. Влия-

ние вргнен.чей модуляции коэффициента усиления ка спектр генерации ¡жоокопслоенсго лазера с внутрирезоньторн1ш_поглощекавм.//лраткие сообсеин? по физике. 5ЙШ.-І986.-Ї6.-С.6-&’. •

4.«*ев Б. ü.. Беликова Т.П., Барнавский С’.Д., Гамалий В.Ф., Кова-

ленко w.А.. Сркриденков Э.А. Автомодуляция интенсивности излучения йнрокополоского лазепа при наличии в резонаторе пиринг линий поглсаения./Дксьма в Жй§.-і955.-т.42,еЛ0.-С.416-4ЇЄ. •

5.Г*мадкй В. Свнридянков Ь.к., Топтыгин Д.Д. - Спектр генерации лазера с узкополосным внутрирвзонаторнш шггделенивк и временной модуляций коэффициента усиленая.//Квантовая электроника.-1986.

. т.І5,*І2.-С.2457-2466. /

Є.Г&малий В.Ф., Топтыгин Д.Д. Об измерении сечений поглощения газообразных сред.//0птика и спе. гроскоотш.-1995.-т.76,в.2.-*С.196-19Ь. . " '

7.Гамалій В‘.Ф. Експериментальні основи модуляційної внутріамьоре-. зонаторно! лазерної спектроскопі І .//Укр.фізичн.журн. -I9SS. -т. 40, Jtö.-C.987-990. . '

б.Евев В.М. .Гамалий В.£-., Свиреденков S.A., Топтыгин Д.Д. Исследование резонансных эффектов в двухфстоннои поглощении методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии.//Краткие сообщения по 4изике. 0ttH.-I986.-JF6.-C.3-5.

S.baeE В.М., Гамалий В.ё., Свириденков З.А., Топтыгин Д.Д., Шцук

O.K., іаетодика количественных измерений спектров одно- я двухфотонного поглощения, полученных методом ВРЛС .//ЫЮ. -1967. -т. 46 ,£Ц.. С.573-57Є. .

10.Гамалій В.4. Вимірювання інтегральних перерізів двофотошюго

поглинання атомарного калію.//Укр.фізкчн .жу рк.-I9S5.-т.40,£10.-0.1076-1078. .

11.Гам*лий В.$. Измерение отношения сил осцилляторов, переходов 42?j «£— 4^> 2/2 * ^ Р3/2— 4 " 5/2 атомарного кллия.//£ПС.-19у5.-

т.бз.«г.-с.зз£-гзб. ;

12.Га«алий B.SL Измерение сечений комбинашокнаго рассеяния внут-рирезонаториьми метсдами./ДШ.-г1995.-т.€2,&6.-С.22-25.

13.Бойко С.Н. , Еамалийг В.$. Применен» шкода модуляционной внут-ркрезонаторной лазерной спектроскопии для анализа вода./Дтшя к технология водн.-1995.-т Л7.,16-6.-С. 468-474.

14.Гамалий B.S. Измерение отновения сил осцилляторов резонансных переходов атомарного калия методом модуляционной внутрирезенатор^ ней лазерной спектроскоппк.//Оптика я спектроскопия.-199Є.-г.БІ, *6. . ■ _ . . ' -

15.ГамалиТч В.4*. Конденсация излучекия югпульсного лазера на краси-

теле в крете деухфотовдоГг линии поглощения.//Оптика и спектроскопия. -1996.-».61,Р6. .

16.Баев В.К., ГаавлиГ* В.і., Коваленко С.А., Свириденког с.А., Сучков А. І'., Топтмгин Д.Д. Способ внутрирезонаторной лазерной спектроскопии. A.c. СССР » 1345775 от 15.06.67 г. К.ч.5 01 ¡¿/2В7.

17.ГамалиГ. Е.С., Топтвгие Д.Д. Способ измерений интегральных се-

чений поглощения электронных переходов. А.с. СССР № І6564І8 от

І5.С2.9І г. Кл. G0IH2I/3I. . -

ТВ.Еаев В.Й. .Гамалай В.Ф., Свириденков З.А., Топтыгин Д.Д. Способ кзкіарения сил осцилляторов. А.с. СССР І332І97 от 22.04*87 р. Кя-. G 01Н 21/31. -

19. uaaialiy V.P. Hew mathad - Bodniatiaa iireraCaYity laser apectroac.

//Тези доповідей міжнародної ніукоіоі конференції.-Львів.-1995.-С.Г2-73. • • • •

20. С-ааа1І7 7.JV Hodolatloa latcacavity laser spectroscopy : a new approach.//Book cf Abstracts the KtJMOS XIII. -Essen ( Geraacy.).-199A-.-P.370.

21. Gafflaliy V. Begistration of liquid pollution by the method of

Modulation ictracavity laser spectroscopy.//Book of abstracts SOWS XXIII (European Congress о» Moleculsr Spectroscopy,-3ala-tonfured, Hungary. 25-30 August, 1996).-Hungary.-1996.-F.441. ‘

Цитована літератур»;

1.Сучког Д..Ф. Линейчатая структур* спектров генераіши ШГ с неоднородно уширенной падосой усиленшгі//Пр8принт ®АН.-І97С.-Р 126.-

Хо* ~ ■

2.Беликова Т.Д., Евев Б.М., Свириданков Э.А., Сучков А.Ф. Знутрн-резснаторная. спектроскопия с использованием лазерознвпрврьлного и квазинедрерывного действия./Д£Ф5.-1978;-r.74.IH.-Ci,43-56.

3. Кар дона II. Модуляционная спектроскопия.-іі.: Uiip.-IS72.-4l6 с.

- ЗО -

Гамалий В-8. "Аіяілитудная модуляционная внутрирезонаторная лазерная спектроскопия".

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.03 - радиофизика. Киевский университет'им. ТЬраса Шевченко, Киев, 1996.

Защищается ІВ научных работ и 3 авторских свидетельства. Диссертация содержит- результаты экспериментального и теоретического исследования амплитудной модуляции параметров широкополосного лазера, при наличии в его - резонаторе исследуемого вещества, на спектр его генерации. Предложены два новых метода измерения сил осцилляторов злектродипольннх переходов. Развита методика регистрации малых жидкофазнах примесей по аффекту вынужденного комбинационного рассеянии, когда исследуемая жидкость для повышения концентрационной чувствительности помещается-внутрь резонатора широкополосного лазера.

Разработаны основы метода амплитудной модуляционной внутри-резонаторной лазерной спектроскопии ( АМВЛС ).

Gama 11/ V.ï. Amplitude modulation intracavity laser spectroscopy. ................................ .

The dissertation advanced for a degree of Doctor.of Science ( Füysics and Estheaatica) in the speciality of O1.O4.O3 -Ha<üophysics, ZyiT.üaivsraitÿf a£*er Taras asTchente, £yiv,199»« ïhers are 13 scientific papers.and 3 certificates of the authorship cn inventions represented» Dissertation includes the results of expsriaantal and theoretical investigation of influence. of the amplitude nodulation of miltinode laser parameters on ' génération spectrum, when investigated aediua is situated intracavity of laser. 'The two methods of mesurement of the oscillator strength of the electrodipol.transition is suggested* She method for registration cf small intracavity liqued pollutions by the effect stimulated Banan scattering has been developed.

To put forward method of aaplitude modulation intracavity laser spectroscopy ( tirrr.s ).

Клотогі слова: модуляція, Ену'грітньореоска.тсрне. спектроскопія, иирокосиугов^й лазер, конденсація вшромінювгішя, дво^отдн-ке поглинення, сила осцилятора, переріз, комбінаційне розсіякнс.

‘-À- 1ирау ¿¿g?, г.Кировоград iieîïTp сперетавной печати.