Прецизионные измерения контура спектральной линии методами диодной лазерной спектроскопии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Понуровский, Яков Яковлевич АВТОР
кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ
2000 ГОД ЗАЩИТЫ
   
01.04.21 КОД ВАК РФ
Диссертация по физике на тему «Прецизионные измерения контура спектральной линии методами диодной лазерной спектроскопии»
 
Автореферат диссертации на тему "Прецизионные измерения контура спектральной линии методами диодной лазерной спектроскопии"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ЦЕНТР ЕСТЕСТВЕННО - НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ИНСТИТУТА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

На правах рукописи УДК 621.378.33

РГБ ОД

ПОНУРОВСКИИ Яков Яковлевич

2 2 2303

ПРЕЦИЗИОННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ КОНТУРА СПЕКТРАЛЬНОЙ ЛИНИИ МЕТОДАМИ ДИОДНОЙ ЛАЗЕРНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

Специальность 01.04.21 - лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА 2000

Работа выполнена в Центре естественно-научных исследований Института общей физики Российской Академии Наук

Научные руководители: доктор физ.-мат. наук,

профессор А.И. Надеждинский . кандидат физ.-мат. наук М.В. Спиридонов

Официальные оппоненты: доктор физ.-мат. наук В. Г. Плотниченко (ИОФАН)

кандидат физ.-мат. наук С. Ю. Савинов. (ФИАН).

Ведущая организация: Институт спектроскопии РАН, г. Троицк.

Защита диссертации состоится « 2000 г. в « час. <<ЦШ»

мин. на заседании специализированного совета № 7 (К 003.49.02) Института общей физики РАН по адресу: 117942, Москва, ул. Вавилова, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общей физики РАН Автореферат разослан «

2000 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

Кандидат физ.-мат. наук. л/Р^Л Т.Е. Воляк

ьънн. 11 оъ

Актуальность темы

Диодная лазерная спектроскопия (ДЛС) контура спектральной линии — очень быстро развивающаяся область фундаментальной физики. Именно здесь реализуются преимущества диодных лазеров (ДЛ) перед другими альтернативными когерентными источниками излучения. Диодные лазеры, обеспечивая возможность регистрации лилии поглощения с достаточно высокой точностью, позволяют измерять её интегральную интенсивность, ширину, а также столкновительный сдвиг. Публикации, появившиеся в последнее время, • доказывают, что измерение параметров контура линии методами ДЛС с погрешностью меньше 1 - 3 % стало на сегодняшний день обычным явлением. И тем не менее, такой уровень точности измерения заставил пересмотреть традиционные модели описания формы контура линии, по новому подойти к объяснению процессов формирования последнего, обусловленного взаимодействием молекулярных систем. Например, хорошо известно, что при типичном уширении 0,1 (см-атм)"1 ударные ширины линии в колебательно-вращательном спектре поглощения значительно превышают доплеровы. Несмотря на это, на большом экспериментальном материале было выяснено, что форма линии не описывается простой сверткой лоренцевой и гауссовой функцией (контур Фойхта), но существуют небольшие, характерные отступления, интерпретируемые как результат сужения линии из-за упругого рассеяния (сужение Дике), зависимости ударных характеристик от скорости поглощающей молекулы (эффект "ветра"), расщепление линии из-за анизотропии столкновений и т.д. Таким образом, новый уровень экспериментальной техники и обнаружетпше новые явления привели к потребности дальнейшего развития феноменологической ударной Теории уширения спектральных линий.

При дальнейшем увеличении точности регистрации контура линии выявляются новые, специфические особенности искажения контура, . обусловленного самим полем излучения ДЛ. Выяснилось, что излучение диодного лазера само не является достаточно когерентным во времени и пространстве. Амплитудные и частотные шумы, многомодовая генерация, спонтанное излучение и т. д., оказывают заметное влияние на качество регистрируемого спектра. Помимо этих источников шумов существуют и другие механизмы, существенно

ограничивающие точностные характеристики спектрометрической аппаратуры, основанной на диодных лазерах. Прежде всего, это явления оптической обратной связи и интерференции на различных оптических элементах спектрометра. Они, как правило, устраняются при помощи различных демпфирующих оптических элементов. Флуктуации же интенсивности и фазы излучения лазера имеют более фундаментальную природу, и их влияние на форму спектральной линии необходимо учитывать, если проводить измерения на уровне точности лучше 0,5%. Нужно отметить, что при наличии шумов излучения ДЛ задача исследования котгтура спектральной линии должна рассматриваться самосогласованно и учитывать поле излучения ДЛ, молекулы активной среды и молекулы буферного газа. Если ограничиться не коррелированностыо флуктуаций частоты и интенсивности ДЛ, то можно ввести аппаратную функцию диодного лазерного спектрометра (АФ ДЛС). Различные составляющие АФ, связанные со спонтанным излучением, квантовыми флуктуациями частоты и интенсивности приводят к разным искажениям контура при его прецизионной обработке. Поэтому, насколько корректно решена задача выделения истинного сигнала на фоне шумов излучения, настолько точно могут быть получены параметры исследуемой линии.

Работы, связанные с изучением шумовых характеристик ДЛ и направленные на улучшение временной и пространственной когерентности этих источников, оставили открытым вопрос исследования самой формы контура спектр&чьной плотности поля ДЛ, являющейся составной частью АФ ДЛС, учет которой очень важен при проведении прецизионных измерений контура линий поглощения молекулярных объектов. Искажения, вносимые полем излучения ДЛ в.процессе регистрации контура линии поглощения, могут быть сравнимы с перечисленными выше эффектами, вызванными взаимодействием активной среды с молекулами буферного газа, и стать причиной ' неадекватного описания процессов столкновений. Знание функциональной зависимости спектра генерации поля ДЛ, обусловленного различными источниками шумов, таким образом, становиться исключительно актуальным. Одним из возможных подходов к решению этой проблемы может быть постановка и решение так называемой прямой и обратной задачи. Суть этой задачи сводится к тому, что само выражение для спектральной плотности поля излучения ДЛ может быть найдено, основываясь на уравнениях

Ланжевена, Фоккера-Планка для поля излучения и уравнений для матрицы плотности лазерной среды, а эффективные параметры, входящие в эту зависимость, могут быть найдены через параметры регистрируемого контура спектральной линии поглощения. В диссертации эти вопросы рассмотрены на примере диодного лазера (А3В5), генерирующего в диапазоне длин волн 1,53 мкм и исследуемых линий Л-ветви полосы у,+у3 ацетилена'.

Цель работы

- Разработка экспериментальной методики, обеспечивающей возможность проведения высокоточных исследований контура спектральной линии с погрешностью, не превышающей 1 %.

Научная новизна

-Предложен самосогласованный подход, описывающий контур спектральной линии с учетом флуктуирующего поля излучения диодного лазера.

- Создана экспериментальная установка и разработана методика исследования контура спектральной линии с погрешностью менее 1 % и динамическим диапазоном регистрируемых линий поглощения более 104.

Практическая ценность

Представленные результаты имеют важное фундаментальное и

методологическое значение для понимания механизмов, ответственных за формирование контура спектральной линии поглощения и роли аппаратной функции диодного лазера в процессе проведения прецизионных измерений. Разработанная методика проведения измерений контура линии позволяет определять параметры контура линии с высокой точностью и выявлять особенности генерации самого поля излучения ДЛ.

В диссертации решены следующие научные задачи:

1. Создан трехканальный автоматизированный диодный лазерный спектрометр для прецизионного измерения контура спектральной линии поглощения газов, обладающий высокой чувствительностью (отношение сигпал/шум более 1-Ю4) и рекордным спектральным разрешением (менее 0,0002 см"1). Достигнутые высокие параметры спектрометра являются на сегодняшний день одними из лучших показателей в мире для этого класса спектрометрической аппаратуры.

2. Разработана методика проведения прецизионных измерений контура спектральной линии, позволяющая проводить измерения контура линии с

погрешностью лучше 0,3% и определять параметры линии с погрешностью не превышающей 1 %.

3. Реализована процедура линеаризации частотной шкалы спектров с учетом, впервые обнаруженной, локальной неоднородности перестроечной характеристики, связывающей временную и частотную шкалы спектров. Она позволила повысить точность восстановления частотной шкалы до уровня 1 - 2-Ю'4 см"1.

4. Показано (из решения уравнений Максвелла для- флуктуирующего поля излучения и поглощающей среды), что спеюр, регистрируемый фотоприемником, представляет собой свертку спектра пропускания среды с аппаратной функцией ДЛ.

5. Всесторонне исследована аппаратная функция РОС ДЛ (Л.=1,53 мкм), состоящая из аддитивных вкладов шумов спонтанного излучения, флуктуаций частоты и интенсивности. Получена аналитическая формула спектра генерации поля ДЛ, обусловленного флуктуациями частоты. Параметры спектральной плотности поля ДЛ: go, Q и Г, определяющие соответственно полуширину центральной части линии генерации ДЛ и её крыло, были найдены независимыми методами: из подгонки доплеровски уширенной линии поглощения и из величин остаточного излучения AI и ширины Д® линии с насыщенным поглощением.

Апробация работы Научные результаты, полученные в работе, докладывались и обсуждались

на:

- международной конференции II International Conference On Tunable Diode Laser Spectroscopy (Moscow, Russia, 1998).

- международной конференции Tenth All-Union Symposium On HighResolution Molecular Spectroscopy (Omsk, Russia, 1991).

Публикации Основные результаты опубликованы в 7 работах.

Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 106 страницах с 28 рисунками и 3 таблицами; список рассмотренной литературы включает 82 названия.

Содержание работы

Во введении дано обоснование выбранной темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи, научная новизна и практическая значимость, кратко изложено основное содержание частей диссертации.

Первая глава диссертации содержит обзор литературы по изучаемому вопросу, который включает следующие разделы: 1.) применение диодных лазеров в молекулярной спектроскопии, 2) исследование шумовых характеристик ДЛ (частотный шум, шумы интенсивности, внешняя оптическая обратная связь), 3) обзор работ по исследованиям контура спектральной линии методами ДЛС.

Диодный лазер является ключевым элементом диодной лазерной спектроскопии. ДЛ различных типов перекрывают огромный спектральный диапазон от видимого до дальнего ИК, где располагаются полосы поглощения большинства известных молекулярных объектов (стабильных и нестабильных молекул, радикалов, ионов). Данное обстоятельство позволяет решать на единой аппаратной и методической основе разнообразные фундаментальные спектроскопические задачи исследования тонкой колебательно-вращательной структуры полос поглощения молекул, конпура линии поглощения, а также аналитические и диагностические задачи детектирования содержания молекулярных микропримесей в различных газовых смесях. ■

Среди ДЛ, использующихся в настоящее время можно выделить две основные группы, базируясь на материале, из которого изготовлен лазер:

- Лазеры среднего ИК диапазона на основе полупроводниковых соединений А4В6 (А4=С,е, Бп, РЬ; вЧч, Эе, Те) и их твердых растворов. Они работают в спектральном диапазоне 3-30 мкм, в котором располагаются фундаментальные полосы поглощения подавляющего большинства молекул. Достаточно неприятным свойством ДЛ среднего ИК диапазона является необходимость их криогенного охлаждения, что несколько ограничивает возможность широкого применения.

- Лазеры ближнего ИК диапазона. Лазеры этой группы создаются на основе полупроводниковых соединений А3В5 (А3=А1, в а, 1п; В5=Р, Аэ, 8Ь) и их твердых растворов. Они работают в спектральном диапазоне 0,6 - 3,5 мкм, а для коротковолновой части этого диапазона (<2,3 мкм) реализованы рабочие температуры близкие к комнатной. Применение лазеров ближнего ИК диапазона в

молекулярной спектроскопии позволяет исследовать обертонные и комбинационные полосы поглощения молекул. Наиболее существенный недостаток лазеров этой группы при использовании их в аналитических применениях связан с тем, что обертонные и комбинационные полосы поглощения молекул в 102 - 104 раз слабее фундаментальных полос, что эквивалентно примерно такой же потери чувствительности при детектировании содержания микропримеси и, следовательно, приводит к существенному сужению круга аналитических задач, для которых этот уровень чувствительности достаточен.

Коренные изменения в технологии изготовления А3В5 лазеров, позволяющих • создавать эти источники с любым наперед заданным свойством, а также существенный прогресс, связанный с повышением чувствительности спектрометрической аппаратуры, делают лазеры ближнего ИК диапазона более предпочтительными перед лазерами среднего ИК диапазона в массовых аналитических применениях. Сегодня достаточно обычными стали лазерные структуры на основе квантовых сверхрешеток и напряженных гетероструктур, что позволило значительно улучшить спектральное качество излучения ДЛ ближнего ИК диапазона.

В гл. 1, посвященной шумам излучения ДЛ, особое внимание уделено анализу современных исследований фундаментальных источников шумов излучения ДЛ — флуктуациям интенсивности и частоты, а так же влиянию последних на качество регистрируемых спектров поглощения. Объясняются причины возникновения внешней оптической обратной связи и способы их устранения. В заключении первой главы дан краткий обзор последних исследований контура спектральной линии поглощения методами диодной лазерной спектроскопии. Приведены аналитические формулы, описывающие контур линии поглощения, обусловленные различными моделями столкновения поглощающих частиц с молекулами буферного газа.

Вторая глава посвящена описанию трехканального автоматизированного диодного лазерного спектрометра.

В качестве источника использовался РОС ДЛ разработанный в МПО «Полюс». Длина волы генерации Л^=1,53 мкм. Накачка ДЛ осуществлялась импульсами тока .трапециевидной формы. Длина импульса 4-10 мс, частота

повторения 40 Гц. Перестройка частоты ДЛ осуществлялась за счет разогрева активной области за время прохождения импульса тока накачки. Тонкое сканирование частоты (Ду~2 см"1) при таком режиме генерации происходило за счет изменения эффективного показателя преломления активной области лазера в течении импульса тока накачки. Сканирование во всей области непрерывной перестройки частоты (-80 см"1) осуществлялось плавным изменением температуры подложки лазера с помощью систем термостабилизации. Спектрометр состоял из трех приемно-решстрирующих каналов:

- аналитического канала, предназначенного для регистрации колебательно-вращательных спектров поглощения молекулярных объектов и исследования контура спектральной линии;

2 0x10 -

1.5x10

1.0x10'

с га

I

s О

0.0 -

"1-"-г

0 2000

-т-'-1-'-Г

4000 .6000 8000 10000

время, мкс

Зис. 1. Типичный пример функционирования 3-х канального ДЛС. 1 - сигнал пропускания 1>абри-Перо (D*=0,049272 см'1,2 - сигнал с реперного канала (газ ацетилен, длина кюветы 20 ;м, давление 15 Topp, 3 - сигнал с аналитического канала (пустая кювета).

- канала частотной калибровки, предназначенного для линеаризации и калибровки частотной шкалы спектров по конфокальному резонатору и интерферометру Фабри-Перо;

- реперного канала - для дополнительной стабилизации частоты излучения ДЛ и абсолютной калибровки частотной шкалы спектров по линиям поглощения реперного газа.

Рисунок 1 представляет типичный пример функционирования ДЛС.

Трехканальная система регистрации спектров, основанная на использовании 12-и разрядного АЦП "National Instruments" и PC, в сочетании с применением малошумящей электронной техники для усиления сигналов от фотоприемников, позволила нам существенно повысить чувствительность спектрометра (отношение сигнал/шум более 1-Ю4 ), существенно сократить время регистрации и последующей обработки спектров и, тем самым, до минимума свести долговременные флуктуации поля излучения, обусловленные нестабильностью источника питания, влиянием внешней оптической обратной связи и т.д.

Для измерения контура спектральной линии в большом динамическом диапазоне изменений значений коэффициента поглощения (более 6 порядков) был создан магазин из пяти оптических кювет последовательно соединенных друг'с другом с длинами соответственно 2,2, 5,9, 20,15, 60 и 200 см. Преимущество такой оптической системы перед обычными кюветами состоит в возможности измерения коэффициента поглощения на разных оптических длинах при одной и той же концентрации газа, и дополнительно увеличение на два порядка изменений величины коэффициента поглощения, обусловленной разной длиной оптических кювет.

Таблица 1. Характеристики ДЛС:

Длина волы генерации, мкм П53" Мощность излучения, мВт Накачка импульсами трапециевидной формы Полная область перестройки частоты, см"1 Область непрерывной перестройки см'1- Чувствительность (Сигнал/шум) Спектр. Разрешение, см"'

Длина импульса, мс Частота повторения, Гц

10 •4-10 40 80 2-3 Более 104 Менее 2*10"4

В таблице 1 даны характеристики ДЛС. Нужно отметить, что достигнутые высокие уровни чувствительности и спектрального разрешения спектрометра являются на сегодняшний день одними из лучших показателей р мире для этого класса спектрометрической аппаратуры.

В третьей главе приведен обзор литературы по спектроскопии ацетилена (С2Н2) в ближней ИК области. Ацетилен был выбран нами для изучения контура линии поглощения, поскольку наиболее интенсивная полоса поглощения расположенная в области генерации ДЛ (Я=1,5 мкм), имела достаточно разреженную тонкую вращательную структуру. Это создавало возможность исследовать форму практически изолированных линий не перекрытых и не взаимодействующих между собой. В главе дана классификация слабых колебательно-вращательных составных и комбинационных полос поглощения ацетилена, расположенных в области генерации ДЛ.

штт

0.6 -

R(11> 0,4--Д-,-,-

R(12) г-

Т 7 А

R<13) Т"

R(14)

П----

RQ5) —i-

«(16) R(1{)

—г-—

Рз

7--1-1-г—,-.-1-r^-,-1-1-г—|-1-]-1-1-.-г

6582 6583 6584 6585 6586 6587 5588 6589 6590 6591 6592 6593 6594 6595

V ( СМ"')

Рис. 2. Тонкая структура R-ветви полосы vi+v3 ацетилена, записанная с помощью ДЛС. Цифрами приведена идентификация колебательно-вращательных линий 7 слабых полос

поглощения:

(1). Р(16) - Р(12) (V1+V2+V4+V5); (4) Р(5) - Р(3) (v,+v2+2v,+vs (И)- v4);

(2). P(J0)-P(5)(2v,+v5-v4); (5). R(25) - R(32) (v,+v3+v4 - v4);

(3). P( 13) - P(9) (vj+v2+2v4+v5 (I)- v4 ); (6). R(6) - R(11) (2v,+v4-v5); (7). R(23)-R(30)(V1+v3+V5-V5).

Используя традиционную методику вычисления центров колебательно-вращательных линий, основанную на полиномиальной зависимости вращательных подуровней энергии от степеней главного квантового та/а J и набора эффективных спектроскопических постоянных гамильтониана Уотсона, проведена

идентификация большого спектрального участка, зарегистрированного с помощью ДЛС сильных линий Я-ветви полосы У)+У3 ацетилена, а так же слабых линий поглощения, принадлежащих к восьми горячим и комбинационным полосам поглощения. На рис. 2 представлен обзорный спектр поглощения ацетилена, записанного с использованием ДЛС, являющийся объединением более десятка спекгров, полученных равномерным сканированием частоты генерации ДЛ в области перестройки. Цифрами представлена идентификация колебательно-вращательных линий поглощения С2Нг.

г Смкс)

Рис.3 Спектры пропускания С2Н2, необходимые для исследования контура линии: (!) -уровень полного пропускания, (2) - исследуемая спектральная линия ацетилена (Я(11), полоса , (3) - насыщенная линия (уровень полного поглощения (оптический нуль)).

Для измерения контура спектральной линии поглощения с погрешностью не превышающей 0,3 % необходимо не только, техническое усовершенствование спектрометра; увеличение чувствительности и спектрального разрешения, понимание природы возникновения различных видов шумов в ДЛС и последующей их минимизации, но также разработка корре'рной методики проведения эксперимента, учитывающей все особенности регистрации, записи и обработки спектров. Четвертая глава посвящена этим вопросам. На рис. 3

представлены спектры пропускания ацетилена, необходимые для получения коэффициента поглощения.

Методика проведения прецизионных измерений контура спектральной линии. включала следующие этапы: 1) Калибровку и линеаризацию частотной шкалы, 2) определение уровней полного пропускания и полного поглощения, нахождение истинных спектров пропускания с учетом АФ ДЛС, 3) вычисление коэффициента поглощения. Остановимся несколько подробнее на этих этапах,

1). Калибровка и линеаризация частотной шкалы производилась с помощью частотных дискриминаторов интерферометра Фабри-Перо (Ц*=0,084 см"1) и конфокального резонатора (Б*=0,0493 см"1). Она состояла в получении перестроечной характеристики (ПХ), связывающей временную и частотную шкалу спектров. При исследовании ПХ была обнаружена её локальная неоднородность, обусловленная неоднородностью коэффициента преломления в активной области

тооо гооа эаоо аооо »ооо еооо 70оа еооо эооо

Г (МКС)

Рис. 4. Исследование перестроечной характеристики ДЛ.

Верхний график: (1) - экспериментальная перестроечная кривая, полученная из обработки спектров пропускания эталона Фабри-Перо, (2) - график формулы перестройки частоты V = У0 + а.1п(Г) + Ы + Ау , где а ив- эффективные температурные коэффициенты перестройки частоты, связанные с линейными размерами лазерного кристалла, глубиной залегания р-п перехода, коэффициентами теплоемкости и теплопроводности.

Нижний график: (1) - частотные реперы, полученные в результате объединения нескольких десятков записей максимумов Фабри-Перо со сдвижкой 2% от периода эталона, (2) - разность между верхними кривыми.

лазерного кристалла. На рис. 4 (верхний график) представлена типичная экспериментальная перестроечная кривая (1), полученная из обработки спектров пропускания эталона Фабри-Перо. Сплошная линия (2) - график формулы перестройки частоты с параметрами а ив, полученными в результате подгонки кривой (2) к экспериментальным данным (1). На нижнем графике сплошная линия (2) показывает разность между кривыми (1) и (2) верхнего графика. Вариации перестроечной кривой Д v обусловлены локальными неоднородностями показателя преломления в активной области ДЛ, и они эволюционируют во времени. Поэтому для достижения высокой точности измерения контуров линий критически важным является одновременная регистрация сигналов со всех трех каналов спектрометра. ■ Это обеспечивает быструю запись экспериментальной серии и следовательно, уменьшение вариации Дк Учет локальных неоднородностей ПХ позволил нам увеличить точность восстановления частотной шкалы до уровня лучше 1-2- 10'4 см"1.

Процедура линеаризации производилась по следующей схеме: а) по конфокальному резонатору производилась линеаризация частотной шкалы, б) по резонатору Фабри-Перо восстанавливался масштаб частот. Необходимость двойной калибровки ПХ была вызвана изменениями линейных размеров конфокального резонатора из-за изменений внешней температуры, которые приводили к вариации величины D*.

Абсолютная калибровка спектров производилась по линиям поглощения реперного газа. В качестве его использовался ацетилен. Значения центров линий, Полученные гетеродинными измерениями, брались из работы: К. Nakagava, -J. Opt. Soc. Am. В, Vol. 13, No. 12, p. 2708-2714, (1996).

2). Определение уровней полного пропускания и полного поглощения, получение спектров пропускания с учетом АФ ДЛС. Точность определения уровней полного пропускания и полного поглощения при измерении контура линии является существенными, поскольку они формируют шкалу пропускания и оказывают сильное влияние на все последующие этапы обработки регистрируемых спектров. Уровень полного пропускания (базовая линия (БЛ)) определяется как зарегистрированное фотоприемником излучение ДЛ, прошедшее через пустую, не заполненную газом кювету. В результате минимизации целого ряда факторов,

ограничивающих точность измерения БЛ, и связанных с долговременными флуюуации интенсивности и фазы излучения ДЛ, нестабильностью электрического тока в источниках питания ДЛ, влиянием внешней оптической обратной связи, удалось существенно уменьшить вариации БЛ за время проведения долгой экспериментальной серии. На рис 5 представлены спектры пропускания ацетилена в кювете длиной 2 м при разных давлениях (0,2 - 30 Topp). Как видно из рисунка, за время записи спектров (1,5 часа) БЛ практически не изменилась. Дисперсия уровня полного пропускания составила в этом эксперименте величину 0,05 %. Шумы при регистрации отдельных спектров ещё меньше этой величины.

е (мкс)

Рис. 5. Спектры пропускания ацетилена в кювете длиной 2 м при разных давлениях (0,2-30 Topp).

Уровень полного поглощения (оптического нуля ) определяется по насыщенной линии поглощения. В результате проведенных исследований выяснилось, что часть излучения ДЛ может проходить через поглощающую среду даже при. заведомо большой величине концентрации газа. Обычно данный эффект связывают с неоднородно уширенным спектром ДЛ, когда часть излучения не поглощается спектральной линией и приводит к появлению остаточного излучения в центре насыщенной линии. Объяснение этого явления, обусловленного наличием

большого уровня спонтанного излучения и флуктуаций интенсивности излучения ДЛ, было отброшено, поскольку используемый монохроматор существенно обрезал спонтанную добавку и шумы интенсивности в РОС ДЛ сказывались только в моменты переключения мод. Проблема оптического нуля напрямую была связана с существованием однородно уширенных шумов частоты излучения ДЛ. Как выяснилось в результате исследований, однородная компонента флуктуаций. частоты излучения ДЛ, взаимодействуя со средой, преобразовывалась в неоднородную часть флуктуаций интенсивности, дающую добавку в величину остаточного излучения насыщенной линии. И сигнал, регистрируемый фотоприемником, представлял собой свертку спектра пропускания с аппаратной функцией ДЛС. На рис. 6 представлена зависимость относительной интенсивности

. о.от ~

ЮО 1ЭО 200 2Й50 ЗОО Э £>0

(=> (торр)

О. Л

1 Е-Э

Рис. 6. Зависимость относительной интенсивности в центре линии поглощения ЩИ) полосы Vl+vз С2Н; от давления газа в 20-см. кювете: (1) - эксперимент. (2) - свертка функции пропускания с аппаратной функцией диодного лазера, (3) - расчет относительной . интенсивности в центре линии Я(Н) из закона Бугера.

в центре .линии поглощения 11(11) полосы С2Н2 от давления газа в 20-см

кювете: (1) - эксперимент, (2) - свертка функции пропускания с аппаратной функцией лазера, (3) - расчет относительной интенсивности в центре линии Щ11) из закона Бугера. Таким образом, Учет АФ ДЛ, выражающийся в последовательном проведении процедуры свертки с регистрируемыми спектрами

пропускания, позволяет правильно восстанавливать контур спектральной линии и корректно решать проблему "оптического нуля".

В качестве выводов 4 главы представлен комплекс созданных процедур регистрации спектров поглощения, последующей линеаризации и нормализации спектров с учетом АФ ДЛС. Конечный этап включал получение многомерного массива коэффициентов поглощения для различных экспериментальных условий и дальнейшую подгонку коэффициентов поглощения известными модельными контурами. Основные программные средства, используемые для регистрации и обработки спектров была Labview 5.0, Matlab 5.3, Origin 5.0.

Заключительная пятая глава посвящена исследованию АФ ДЛС. Из решения уравнения Максвелла для поля излучения ДЛ и уравнения для матрицы плотности поглощающей среды показано, что спектр, регистрируемый фотоприемником, представляет собой свертку спектра пропускания среды T(v) с аппаратной функцией ДЛ S(v), т.е.

A/(v)=jr(x)S(v-*)<&,

-ей

где Т(х) = ехр[- К(х)р\, К(х) - коэффициент поглощения, р - оптическая толщина. Величина S(v) выражается через интеграл Фурье от функции корреляции

Рис. 7. АФ РОС ДЛ (1=1,53 мкм) (4). Составляющие АФ ДЛ SmCvJ, Sm„.(v), Swcm (\j на графике представлены соответственно цифрами 1,2,3.

аз

поля: £(у) = Ке \(Е{г)Е' (? + Д/)>ехр(-1УА/)</Дг.

-во

При наличии некоррелированных шумов в излучении ДЛ спектральная плотность поля ДЛ может быть представлена в виде суммы слагаемых: = Бсп (у) + 5т(у) + ¿¿/у), где 8е(у) - спектр поля излучения ДЛ, обусловленный квантовыми флуктуациями частоты; Ят и - составляющие АФ, связанные соответственно со спонтанным излучением и квантовыми флуктуациями интенсивности излучения. На рис. 7 (4) приведена АФ исследованного нами РОС ДЛ. Составляющие АФ £сп/уА $инт/у), Хиот/у) на графике представлены соответственно цифрами 1,2,3.

Из решения системы уравнений для флуктуации концентрации носителей, амплитуды и фазы формируемого поля излучения в активной среде ДЛ было получено выражение для спектральной плотности поля излучения ДЛ, обусловленного шумами частоты. .Оно представляет собой произведение лоренцевского кошура с полушириной на нормированный спектр флукгуаний частоты:

с __

тХ) (П2-У2)2+У2Г2 '

где параметры АФ gg, П и Г описывают соответственно центральную лоренцевскую часть линии генерации ДЛ и её крыло.

Различные составляющие АФ приводят к разным, искажениям контура спектральной линии при его прецизионной регистрации. На рис. 8 представлен нормированный коэффициент поглощения доплеровски уширенной линии 11(11) полосы у(+у3 ацетилена искаженной АФ ДЛ. Сплошная линия - результат подгонки линии с помощью АФ ДЛ. Значения подгоночных параметров П и Г даны в верхней части рис. 8. В гл. 5 предложена методика нахождения величины спектральной плотности частотных флукгуаций go■ Она' основывается на двух независимых подходах: 1) подгонки доплеровски уширенной линии поглощения (см. рис. 8), 2) нахождении величин остаточного излучения А1 и ширины Да линии с насыщенным поглощением. В таблице 2 приведены значения gn, полученные для разных областей генерации лазера независимыми методами. Ошибка в определении не превышает 3 %.

о . 1

ф

S X

® 0.0 1 3 о с

° 1 е -3 с

1 е -4

1 е--5

0 .2 0 .3 0 .4 0 .5 0 .6 0 .7 0 .8 0.9 1 .0

волновые числа, см"1

'ис. 8. Нормированный коэффициент поглощения доплеровски уширенной линии К(П) полосы ацетилена, искаженной АФ ДЛ. Сплошная линия - результат подгонки линии с помощью \Ф ДЛ с параметрами С! и Г.

Таблица 2

Значения параметра go, полученные для разных областей генерации ДЛ

Область генерации ДЛ (R-линии ацетилена) ёа ( см"1 ) из подгонки линии §0 ( СМ"' ) из величин Л1/1о и Д®

R(14) 0,00239 0,00235

R(13) 0,00183 0,00179

ROD 0,00287 0,00278

R(10) • 0,00357 0,00364

На рис. 9 представлен типичный результат обработки контура коэффициента поглощения ацетилена ЩЮ) полосы V, Н>3> восстановленного с учетом АФ ДЛС, в зависимости от давления газовой смеси. Диапазон изменений давления Р=0Д - 0,8 атм.

ЭОО -у

25а -

200 -

3= "I 50 -

л Ч ОО -

50 -

6500.50

б5в0.65

О Л А . О. 1 2

-О .005

-о.ою.

-0.015

.1.6500.90

V, (см )

) с; 1У1 ' ¡-у 1 п V I

0.02 О.ОЭ 0.04

Р, пари- (атм.)

О С^О О О О СО

Р, полное (атм.)

Рис. 9. Верхний график: Изменения контура коэффициента поглощения 11(10) ацетилена в зависимости от давления газовой смеси (отношение парциальных давлений [С2Н2]:[Аг]=г0,056). Нижние графики: Зависимости интегральной интенсивности и коэффициента столкновительного сдвига линии от парциального давления ацетилена и полного давления смеси соответственно. .

В заключении формулируются основные результаты, полученные в данной работе:

1. Создан трехканальный автоматизированный диодный лазерный спектрометр с высокими параметрами чувствительности (динамический диапазон изменения поглощения более МО4) и спектрального разрешения (лучше 0,0002 см'1}.

Достигнутые параметры спектрометра являются на сегодняшний день одними из лучших показателей в мире в этом классе спектрометрической аппаратуры.

2. Разработана методика проведения прецизионных измерений контура спектральной линии, позволяющая проводить измерения контура линии с погрешностью лучше 0,3% и определять параметры лиши с погрешностью не превышающей 1 ■%. Она включает комплекс процедур регистрации спектров трехканалыгым ДЛС и обработки с учетом АФ ДЛС, линеаризации и абсолютной

привязки частотной шкалы, с учетом обнаруженной локальной неоднородности ПХ.

3. Исследована аппаратная функция РОС ДЛ, состоящая из аддитивных вдладов шумов спонтанного излучения, флуктуаций частоты и интенсивности. Получена аналитическая формула спектра генерации поля ДЛ, обусловленного флуктуациями частоты. Экспериментально определены параметры спектральной плотности флуктуаций частоты g, Q и Г, описывающие центральную часть линии генерации ДЛ и её крыло.

Результаты диссертационной работы представляют интерес для специалистов, занимающихся вопросами измерения параметров спектральных линий методами Фурье-, ДЛ спектроскопии, а так же другими спектрометрическими методами высокого разрешения. Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. А.И. Надеждинский, ЯЛ. Понуровский, М.В. Спиридонов. Прецизионные измерения контура линии методами диодной лазерной спектроскопии. -Квантовая электроника, 29, № 1, 78-82, (1999).

2. Chizhevskii E.G., Kopylov V.V., Oskina S.I., Ponurovskii Ya.Ya., Selivanov-Yu. G., Stepanov E.V., Trofimov V.T., Diode lasers of PbSnSe/PbEuSe grown by rabe. - II Intern. Conf. On Tunable Diode Laser Spectroscopy, Abstracts of papers, Moscow, Russia, 1998, p.41.

3. О.И. Даварашвили, П.В. Зырянов, А.И. Кузнецов, ЯЛ. Понуровский, Ю.Г. Селиванов, Е.В. Степанов, А.Н. Хуснутдинов, Е.Г. Чижевский, Многокомпонентный анализатор на основе диодных лазеров для мониторинга газообразных загрязнений в открытой атмосфере. -Оптика атмосферы и океана, Т. 12, № 1, с.64-69, (1999).

4. Ю. П. Яковлев, А. Н. Баранов, А.Н. Именков, В.В. Шерстев, Е.В. Степанов, Я.Я. Понуровский, Инжекционные лазеры на основе InAsSb/InAsSbP для спектроскопии высокого разрешения. -Квантовая электроника, Т.20, № 9, с.839-842,(1993).

5. К.A. Aganbecyan, Ya.Ya. Ponurovskii, "Frequencies and strengths of the vibration-rotational lines of ethylene 12C2H4 in the 10 цш region". -SPffi Vol. 1811 HighResolution Molecular Spectroscopy, 218-222, (1991).

6. Chizhevskii E.G., Ponurovskii Ya.Ya., Selivanov Yu.G., Stepanov E.V. Study of the v7 band of the ethylene molecule with tunable diode lasers. - II Intern. Conf On Tunable Diode Laser Spectroscopy, Abstracts of papers, Moscow, Russia, 1998, p 44.

7. А.И. Надеждинский, В. В. Плотниченко, ЯЛ. Понуровский, М.В Спиридонов, Диодная лазерная спектроскопия контура спектральной линии. Роле шумов ДЛ. -Квантовая Электроника, т.ЗО, №1, с.87,(2000).

 
Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Понуровский, Яков Яковлевич

Введение

Глава 1. Диодные лазеры для спектроскопии высокого разрешения; измерения контура спектральной линии с помощью диодных лазеров (обзор литературы).

Диодные лазеры.

Шумовые характеристики ДЛ

Шумы интенсивности.

Частотные шумы и ширина линии генерации.

Внешняя оптическая обратная связь в ДЛ.

Прецизионные измерения контура спектральной линии с помощью ДЛ

Выводы.

Глава 2. Экспериментальная установка.:.

Диодный лазер.

Система термостабилизации.

Реперный канал.

Канал частотной калибровки.

Аналитический канал.

Оптические кюветы.

Система приготовления смеси газов, напуска газов в кюветы и контроля давления.

Система юстировки.

Система регистрации сигналов.

Характеристики диодного лазерного спектрометра.

Чувствительность ДЛС.

Спектральное разрешение.

Выводы.

Глава 3. Спектроскопия ацетилена в ближней ИК-области (А,=1,53 мкм)

Классификация колебательно-вращательных состояний С2Н2.

Анализ спектров. Эксперимент.

Интерпретация зарегистрированных колебательно-вращательных линий С2Н2.

Выводы.55"

Глава 4. Методика проведения прецизионных измерений контура спектральной линии.

Калибровка и линеаризация частотной шкалы.

Уровень полного пропускания (базовая линия).

Точность определения уровня полного поглощения (оптического нуля) . 67 Подгонка регистрируемых контуров линий известными модельными функциями.

Выводы.

Глава 5. Аппаратная функция ДЛС.

Теория. Постановка задачи. Волновое уравнение.

Уравнения среды.

Уравнение свертки.".

Шумы излучения ДЛ.

Спонтанное излучение.

Флуктуации интенсивности.

Флуктуации частоты.

Спектр поля излучения ДЛ обусловленный шумами частоты.^

Эксперимент. Определение параметра go.

Определение параметров и Г АФ ДЛ.

Выводы.

 
Введение диссертация по физике, на тему "Прецизионные измерения контура спектральной линии методами диодной лазерной спектроскопии"

Вопросы точных измерений параметров спектральных линий методами диодной лазерной спектроскопии (ДЛС) представляют значительный интерес. Форма линии} ее полуширина, интенсивность, сдвиг частоты, обусловленный давлением буферного газа, служат отличным аналитическим признаком во многих задачах астрофизики, физики атмосферы, биомедицины и др. Изучение процессов формирования контура, уширения и сдвига линии поглощения газов традиционно представляет интерес при исследовании межмолекулярных сил взаимодействия и динамики столкновения молекул. Коэффициенты уширения и сдвига линии, параметры кросс-релаксации содержат информацию об энергетических уровнях, волновых функциях стационарных состояний, параметрах межмолекулярного потенциала, характеристиках сечения столкновения.

Исследование контура спектральной линии методами ДЛС позволяет обнаруживать такие эффекты межмолекулярного взаимодействия как: сужение линии из-за упруго рассеяния (эффект Дике), эффекта ветра - зависимости ударных характеристик от скорости поглощающей молекулы, расщепление линии из-за анизотропии столкновений и т.д. Кроме того, опосредовано через параметры контура линии удается исследовать характеристики самого поля излучения диодного лазера (ДЛ) - шумы интенсивности и частоты и их корреляцию. При наличии шумов излучения ДЛ, задача исследования контура спектральной линии должна рассматриваться самосогласованно, и учитывать поле излучения ДЛ, молекулы активной среды и молекулы буферного газа. Если ограничить рассмотрение не коррелированностью флуктуаций частоты и интенсивности ДЛ, то можно ввести аппаратную функцию (АФ) ДЛ. Составляющие АФ, связанные со спонтанным излучением, квантовыми флуктуациями частоты и интенсивности, приводят к различным искажениям контура линии при его прецизионной обработке. Они могут быть сравнимы с перечисленными выше эффектами, вызванными взаимодействием активной среды с молекулами буферного газа, и стать причиной неадекватного описания процессов столкновений. Знание функциональной зависимости спектра генерации поля ДЛ, обусловленного различными источниками шумов, таким образом, становиться исключительно актуальным. Одним из возможных подходов к решению этой проблемы может быть постановка и решение так называемой прямой и обратной задачи. Суть задачи сводится к тому, что само выражение для спектральной плотности поля излучения ДЛ может быть найдено, основываясь на уравнениях Ланжевена, Фоккера-Планка для поля излучения и уравнения для матрицы плотности лазерной среды, а эффективные параметры, входящие в эту зависимость, могут быть найдены через параметры регистрируемого контура спектральной линии поглощения. В

П С диссертации эти вопросы рассмотрены на примере диодного лазера (А В ), генерирующего в диапазоне длин волн 1,53 мкм и исследуемых линий 11-ветви полосы У]+У3 ацетилена.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения (основных выводов диссертации) и списка цитируемой литературы.

 
Заключение диссертации по теме "Лазерная физика"

Выводы

1. Из решения уравнения Максвелла для поглощающей среды показано, что в случае шумящего излучения, спектр, регистрируемый фотоприемником будет представлять собой свертку спектра пропускания среды Т(у) с аппаратной функцией ДЛ 8(у).

2. Исследована аппаратная функция (АФ) РОС ДЛ (Х=1,53 мкм), состоящая из аддитивных вкладов шумов спонтанного излучения, флуктуаций частоты и интенсивности. Получена аналитическая, формула спектра генерации поля ДЛ, обусловленного флуктуациями частоты.

3. Двумя независимыми методами (из подгонки доплеровски уширенной линии поглощения и из величин остаточного излучения А1 и ширины А со линии с насыщенным поглощением) найдена спектральная плотность частотных флуктуаций go, определяющая полуширину центральной части линии генерации ДЛ. Экспериментально определены параметры спектральной плотности флуктуаций частоты О и Г, связанные с релаксационными колебаниями и определяющие крыло линии генерации ДЛ.

4. Учет АФ ДЛ, выражающейся в последовательном проведении процедуры свертки с регистрируемыми спектрами пропускания, позволяет правильно восстанавливать контур спектральной линии и корректно решать проблему "оптического нуля". Обсуждена роль корреляции между шумами интенсивности и частоты ДЛ

Заключение

В заключение приведем основные результаты, полученные в диссертационной работе:

1. Создан трехканальный автоматизированный диодный лазерный спектрометр с высокими параметрами чувствительности (динамический диапазон изменения поглощения более 1-Ю4) и спектрального разрешения (лучше 0,0002 см"1). Достигнутые параметры спектрометра являются на сегодняшний день одними из лучших показателей в мире для этого класса спектрометрической аппаратуры.

2. Разработана методика проведения прецизионных измерений контура спектральной линии, позволяющая проводить измерения контура линии с погрешностью лучше 0,3% и определять параметры линии с погрешностью не превышающей 1 %. Она включает комплекс процедур регистрации спектров трехканальным ДЛС и обработки с учетом АФ ДЛС, линеаризации и абсолютной привязки частотной шкалы с учетом обнаруженной локальной неоднородности перестроечной характеристики, связывающей временную и частотную шалы спектров.

3. Исследована аппаратная функция РОС ДЛ, состоящая из аддитивных вкладов шумов спонтанного излучения, флуктуаций частоты и интенсивности. Получена аналитическая формула спектра генерации поля ДЛ, обусловленного флуктуациями частоты. Экспериментально определены параметры спектральной плотности флуктуаций частоты g, Q и Г, описывающие центральную часть линии генерации ДЛ и её крыло.

Основные материалы, включенные в диссертационную работу, опубликованы в следующих научных работах:

1. А.И. Надеждинский, Я.Я. Понуровский, М.В. Спиридонов. Прецизионные измерения контура линии методами диодной лазерной спектроскопии. -Квантовая электроника, 29, № 1, 78-82, (1999).

2. Chizhevskii E.G., Kopylov V.V., Oskina S.I., Ponurovskii Ya.Ya., Selivanov Yu. G., Stepanov E.V., Trofimov V.T., Diode lasers of PbSnSe/PbEuSe grown by mbe. - II Intern. Conf. On Tunable Diode Laser Spectroscopy, Abstracts of papers, Moscow, Russia, 1998, p.41.

3. О.И. Даварашвили, П.В. Зырянов, А.И. Кузнецов, Я.Я. Понуровский, Ю.Г. Селиванов, Е.В. Степанов, А.Н. Хуснутдинов, Е.Г. Чижевский, Многокомпонентный анализатор на основе диодных лазеров для мониторинга газообразных загрязнений в открытой атмосфере. -Оптика атмосферы и океана, Т. 12, № 1,с.64-69, (1999).

4. Ю. П. Яковлев, А. Н. Баранов, А.Н. Именков, В.В. Шерстев, Е.В. Степанов, Я.Я. Понуровский, Инжекционные лазеры на основе InAsSb/InAsSbP для спектроскопии высокого разрешения. -Квантовая электроника, Т.20, № 9, с.839-842, (1993).

5. К.A. Aganbecyan, Ya.Ya. Ponurovskii, "Frequencies and strengths of the vibration-rotational lines of ethylene 12C2H4 in the 10 ¡im region". -SPIE Vol. 1811 HighResolution Molecular Spectroscopy, 218-222, (1991).

6. Chizhevskii E.G., Ponurovskii Ya.Ya., Selivanov Yu.G., Stepanov E.V., Study of the v7 band of the ethylene molecule with tunable diode lasers. - II Intern. Conf. On Tunable Diode Laser Spectroscopy, Abstracts of papers, Moscow, Russia, 1998, p. 44.

7. А.И. Надеждинский, В. В. Плотниченко, Я.Я. Понуровский, М.В. Спиридонов, Диодная лазерная спектроскопия контура спектральной линии. Роль шумов ДЛ. -Квантовая Электроника, т.30, №1, с.87,(2000).

В заключении считаю своим долгом выразить глубокую благодарность доктору физико-математических наук, профессору Надеждинскому А.И. и кандидату физико-математических наук Спиридонову М.В. за научное руководство в проведении этой работы и создание благоприятной творческой обстановки, способствовавшей успешному выполнению поставленных задач.

 
Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Понуровский, Яков Яковлевич, Москва

1.. E.D. Hinkley, Hight-resolution infrared spectroscopy with a tunable diode laser. -Appl. Phys. Lett., 16, № 19, p. 351-35, 1970.

2. Хинкли Е.Д., Нил K.B., Блум Ф.А., Инфракрасная спектроскопия с использованием перестраиваемых лазеров. В кн.: "Лазерная спектроскопия атомов и молекул". М.: Мир, 1979, с. 155-235.

3. Анзин В.Б., Глушков М.В., Горина Ю. И., Калюжная Г.А., Косичкин Ю.В., Надеждинский А.И., Применение инжекционных лазеров на основе Pbj. xSnxTe в спектроскопии высокого разрешения. Краткие сообщения по физике (ФИАН), 1978, №4, с. 13-16.

4. Веденеева Г.В., Засавитский И.И., Колошников В. Г., Курицин Ю. А., Шотов А.П., Применение импульсного лазера на основе Pbo.955Sno.o45Se ДДяспектроскопии высокого разрешения молекул NH3. Письма в ЖТФ, 1978, т. 4, с. 927-931.

5. K. Nakagava, M. de Labachelerie, Y. Awaji, and M. Kourogi, Accurate optical frequency atlas of the 1.5-(im bands of acetylene. --J. Opt. Soc. Am. B, Vol.13, No. 12, p. 2708-2714,(1996).

6. A. Nadezhdinskii, A. Berezin, Yu Bugoslavsky, O. Ershov, V. Kytnyak, Application of near-IR diode lasers for measurement of ethanol vapor. -Spectrochimica Acta Part A 55, p. 2049-2055, (1999).

7. Н. I. Schiff, G. I. Mackay and J. Bechara: in Air Monitoring by Spectroscopic Techniques, M. W. Sigrist, ed., Wiley, NY, 1994. P. Werle. Spectrochimica Acta, A54, p. 197-236, (1998).

8. A. Nadezhdinskii, E.V. Stepanov, I.I. Zasavitskii, Spectral gas analysis of polyatomic molecules by tunable diode lasers, in "Tunable Diode Laser

9. Application, A. Nadezhdinskii and A. Prokhorov, ed., Proceedings SPIE, Vol. 1724, p. 238-250, (1992).

10. Chizhevskii E.G., Kopylov Y.V., Oskina S.I., Ponurovskii Ya.Ya., Selivanov Yu. G., Stepanov E.V., Trofimov V.T., Diode lasers of PbSnSe/PbEuSe grown by mbe. -Proc. II Intern. Conf. On Tunable Diode Laser Spectroscopy, Moscow, Russia, 1998, p. 41.

11. Ю. П. Яковлев, A. H. Баранов, A.H. Именков, B.B. Шерстев, E.B. Степанов, Я.Я. Понуровский, Инжекционные лазеры на основе InAsSb/InAsSbP для спектроскопии высокого разрешения. Квантовая электроника, Т. 20, № 9, с. 839-842, (1993).

12. Duraev V.P., A.V. Melnicov, Е.Т. Nedelin, М.А. Sumarocov, Т.Р. Nedobivailo, Tunable laser diode with the emission walength 1,65 jam for spectroscopy. Proc. II Intern. Conf. On Tunable Diode Laser Spectroscopy, Moscow, Russia, 1998, p. 22.

13. Photonics Spectra, Dec. 1996, p. 16.

14. J.P. Koplow, D.A.V. Kliner, and L. Goldberg. Appl. Optics, 37, p. 3954-3960, (1998).

15. С Gmachl, D.A. Capasso, J. Faist, A. Hutchinson, A.Tredicucci, D. Sivco,.J. Baillargeon, S. George Chu, A Cho. Appl. Phys. Lett., 72, p. 1430-1432, (1998).

16. E. Schomburg, S brandl, A. Ignatov, D. Pavel'ev, et all. Appl. Phys. Lett., 72, p. 1498 (1998).

17. Оцу, Дэнки гаккайси, 104, 803 (1984), (яп. яз.).

18. Ohtu М., Control and noise in semicondactor lasers. Semicond. Lasers and Optoel. IC's ed. Y Suematsu, Omsha Publishing, Tokyo, 1984, Chapter 9, eq. (9.51).

19. Motoichi Ohtsu. Highly Coherent Semiconductor Lasers Artech House, INC, 1992, p. 34.

20. Ikegami, Т., and Y. Suematsu, Resonanse-like charactaristic of the direct modulation of a junction laser, Proc. IEEE, Vol. 55, No. 1, Jan. 1967, pp. 122123.

21. Ito Т., Mashida S., Nawata K., Ikegami Т., Intensity fluctuations in each longitudinal mode of multimode AlGaAs lasers. IEEE J. Quantum Electron., QE-13, 574 (1977).

22. Arnold G., Peterman K., Intrinsic noise of semiconductor in optical communication system. Opt. Quantum Electron., 12, 207 (1980). '

23. Gotoh Т., Arimoto A., Ojima M., Chinone N., Characteristics of laser diodes and picture quality. SPIE, 329, Optical Disc Technology, 56, (1982).

24. Chinone N., Kuroda Т., Ohtoshi., Takahashi Т., Kajimura Т., Modehopping noise in index-guided semiconductor lasers and its reduction by saturable absorbers. -IEEE J. Quantum Electron., QE-21, (1985).

25. Kajimura Т., Kashiwada Y., Ouchi H., Aiki K., Highly reliable GaAlAs visible-light-emitting MCSP lasers. Jpn. J. Appl., Phys., Suppl. 22-1, 22, 325 (1982).

26. Ohtsu M., Otsuka Y., Precise measurements and computer simulations of mode hopping phenomena in semiconductor lasers. Appl. Phys. Lett., 46, 108 (1985).

27. Физика полупроводниковых лазеров, Под ред. X. Такумы, Москва, "Мир" 1989г.

28. Oishi A., Chinone N., Ojima М., Arimoto A., "Noise characteristics of high frequency superposed laser diodes for optical disc systems".- Electron Lett., 20, 821,(1984).

29. Tunable Laser Diodes, M.C. Amann, J. Buus, Artech House. INC, ch 6, pl43, (1998).

30. AllanD. -Proc. IEEE, 54, 221 (1966).

31. Ohtsu M., Fukada H., Tako Т., and Tshuchida H., "Estimation of the ultimte frequency stability of semiconductor lasers". Japan. J. Applied. Physics, Vol.22, No. 7, pp. 1157-1166 (1983).

32. Welford D., and A. Mooradian, "Ouput power and temperature dependence of the linewidth of single-frequency CW (GaAl)As diodes lasers". Applied, Phys. Lett., Vol. 41, No. 10, pp. 865-867, (1982).

33. Henry C.H., "Theory of the linewidth of semiconductor lasers". IEEE Journal of Quantum Electronics, QE-18, No. 2, 1982, pp. 259-264.

34. Okoshi Т., Kikuchi K.,Nakayama A. Electron. Lett., Vol. 16, 630 (1980).

35. Avetisov V., Khusnutdinov A., Nadezdinskii A., Yu. Yakovlev, A. Baranov, and A. Imenkov, "Linewidth of CaSblnAl diode lasers". SPIE, Vol. 1811, HighResolution Mol. Spectrosc., 390-394 (19910.

36. A.M. Надеждинский, В. В. Плотниченко, Я.Я. Понуровский, М.В. Спиридонов, Диодная лазерная спектроскопия контура спектральной линии. Роль шумов ДЛ. Квантовая Электроника, т. 30, № 1, с. 87, (2000).

37. Wyatt R. 8 th Conf. on Opt. Fiber Commun., YuP2/Feb. 1985, San Diego.

38. Faure F., at all. IEEE J Quantum Electron., QE-18, 1712 (1982).

39. Okai M., Tsuchia Т., Chinone N, "Ultra-narrow spectral linewidth (56 kHz) corrugation-pitch-modulated multi-quantum-well distributed feedback lasers", Technical digest of Conf. on Lasers and Electro-Optics (Cleo"91, Baltimore, 1991, paper numb. CPD40).

40. A.P. Godlevsky, E.P. Gordov, Ya.Ya. Ponurovskii., A. Z. Fasliev, and P.P. Sharin. Parametric laser-reception lidar. Applied Optics, 26, No 9, p. 1607-1611, 1987.

41. Lang R., Kobayashi K., "External optical feedback effects on semiconductor injection laser properties". IEEE J Quantum Electronics, Vol. QE-16, No. 3, pp. 347-355 (1985).

42. Kobayashi K., "Improvements in direct pulse code modulation of semiconductor lasers by optical feedback". Trans. IECE Japan, Vol. E59, No. 12, Dec. 1976, pp. 8-14.

43. Berge P., Pomeau Y., and Vidal C. Orders Within Chaos, John Wiley & Sons, New York, 1984.

44. Kobayahsi K., Seki M. -IEEE Quantum. Electron., QE-16,11 (1980).

45. K.A. Aganbecyan, Ya.Ya. Ponurovskii, "Frequencies and strengths of the vibration-rotational lines of ethylene 12C2H4 in the 10 ¡j.m region". SPIE Vol. 1811 High-Resolution Molecular Spectroscopy, 218-222, (1991).

46. Chizhevskii E.G., Ponurovskii Ya.Ya., Selivanov Yu.G., Stepanov E.V., Study of the v7 band of the ethylene molecule with tunable diode laser, all. 2nd International Conference on TDLS Moscow, Russia, 1998, p.44.

47. B. Ray, P. Ghosh Dicke narrowing of oxygen A-band transition studied by near infrared diode laser spectrometer, in Spectroscopy: Perspectives and frontiers. A.P. Roy (Ed), p. 158-162, 1997, Narosa Publishing House, New Delhi, India.

48. G. Buffa, S Carocci, et all. Temperature and speed dependence of pressure broadening and shift in molecular spectra, in Spectroscopy: Perspectives and frontiers. A.P. Roy (Ed), p. 163-175, 1997, Narosa Publishing House, New Delhi, India.

49. L. Galatry. Phys. Rev., 122, 1218 (1961).

50. B. Lance, Gh. Blanquet, J. Warland et all., Inhomogeneous lineshape profiles of C2H2 Perturbed by Xe. J. Mol. Spectrosc, 197, 32-4-5 (1999).

51. С.Г. Раутиан. О контуре линии поглощения молекулярного газа. -Оптика и Спектроскопия, т. 86, № 3, с. 385-387, (1999).

52. С.Г. Раутиан. Универсальный асимптотический контур спектральной линии при малом доплеровом уширении, Оптика и Спектроскопия, (в печати).

53. В. Lance, G. Blanquet, J. Warland, J-P. Bouanich. On the speed-dependent hard collision lineshape models: Application to C2H2 perturbed by Xe. J. Mol. Spectrosc., 185, 262-271 (1997).

54. A.S Pine, Asymmetries and correlations in speed-dependent Dicke-narowed line shapes of argon-broadened HF. JQSRT, 62, 397-423, (1999).

55. E.K Plyler, E. O. Tidwell, and T. A. Wiggins. J. Opt. Sei. Am., 53, 589-593 (1963).

56. W.S Lafferty and R J Thibault. J. Mol. Spectrosc., 14, 79-96 (1964).

57. A. Baldacci, S. Ghersetti, and K. Narahari Rao. Interpretation of the acetylene spectrum at 1.5 \xm. J. Mol. Spectrosc., 68, 183-194 (1977).

58. B.C. Smith and J.S Winn, The overtone dynamics of acetylene above 10000 cm"1. J Chem. Phys., 89, 4638-4645 (1988).

59. Q. Kou, Guelachvili, et all. Can. J Phys., 72, 1241-1250 (1994).

60. W. Demtroder, at all, presented at the 58th Tagung of the German Physival Society, Hamburg, March (1994).

61. K.A. Keppler, G. Ch. Mellau, S. Klee, B.P. Winnewisser, M. Winnewisser, J. Pliva, and K. Narahary Rao. Precision measurements of acetylene spectra at 1.41.7 |im recorded with 352.5-m pathlength. J. Mol. Spectrosc., 175, 411-420 (1996).

62. Y. Ohsuqi, et all. -J. Mol. Spectrosc., 128, 592 (1988).

63. J.P. Bouanich, С Blanquet, J-C. Populaire, and J. Warland. Nitrogen broadening of acetylene lines in the v5 band at low temperature. J. Mol. Spectrosc., 190, 7-14 (1998).

64. T. Yoshida and H. Sasada.-J. Mol. Spectrosc., 153, 208-210 (1992).

65. A.M. Надеждинский, Я.Я. Понуроваский, M.B. Спиридонов. Прецизионные измерения контура линии методами диодной лазерной спектроскопии. -Квантовая электроника, 29, № 1, 78-82, (1999).

66. A. Nadezhdinskii, Diode laser frequency tuning. Spectrochimica Acta, A 52 (1996), 959-965.

67. A. Nadezhdinskii and P Omarova. J Mol. Spectrosc., 170 (1995) 27-37.

68. Moskalenko K.V., Sobolev N.N., Adamovskaya I.A., Stepanov E.V., Nadezhdinskii A.I., McKenna-Lawlor S., Tunable diode laser application for fully automated absolute measurements of CO and C02 concentration in human breath.