principy_nelinejnoj_optiki_1989 (769482), страница 52
Текст из файла (страница 52)
'ч ФЭУ ФЭУ :! ! !! Шаеедый ддиеатель Ядпйней нпнегрематер ! Линие --РЯ- — ! )с задержки — пплнри+ с! .итее ."-:. — .4..="=п*Ш--.-(Л ' лапеР 7 на кРаситепе ""- Сестабтй ~Ч-- ы~ едраеец ЯеаФРаена Рве. 19.9. Схема КАРС-спектрометра. Лааервые пучки 1 (штрвховые линии) я 2 (пупктврвые) после образцов блокируются, а свгвал КАРС попадает в двойной мовохроматор. Сигнал ва опорного канала в схема вормвровкв служат для уменьшения влияния флуктуаций ввтевсвввостк лаверов (йепепеоп лг.
В. / 1ЕЕЕ Э. о1 !)пава Е1ессгоп.— 1974. т. ()Е-10. Р. 110) Фактически эта возможность выделения сигнала на фоне люминесценции вообще делает когерентную спектроскопию комбинационного рассеяния уникальной методикой изучения процесса горения. Подобным образом метод КАРС может быть использован для анализа продуктов реакций и внутреннего распределения энергии в них при химической реакции, для получения спектров КР флуоресцирующих веществ.
Способность КАРС зондировать вещества в изолированном объеме (в окружении агрессивных сред с высоким пространственным и временным разрешением) повлекла за собой предложения по его использованию для изучения высокотемпературной плаамы 111) и для контроля взрыва мишени в экспериментах по лазерному термоядерному синтезу 1121. 260 Хотя до сих пор мы касались только комбинационных резонансов, проделанный анализ в равной мере применим н для двухфотонных резонансов при условии о), + с)з = с)ш или 2ю, = о)„ или 2о),аз о),. Когерентный сигнал возникает на частоте о>, ~ о>, или ыз~ о)з б.
Поляриаационная спентрослопия ПАРС = Ркюк+ Рк (15.7) )з> )з> , )з> (з) . Э зкк = Ккк: Е)Е)Ез Рк = Кн: Е)Е)Ез. Если вектор ~гик имеет направление е„, то, поскольку компоненты тйз) ск и гнк в общем случае имеют различные направления, сигъъ)з) Р~з) нал имеет внд Ез = [езА~" (еа'К~пикк . Е)Е)Ез) + езА (ез. Кк'Е)Е)Ез) + + езА (ез К~кю: Е)Е,Е,)1, (15 8) где Аиа и А" — коэффициенты, а вектор е. ортогонален е„. Если поместить перед приемником анализатор таким образом, чтобы он не пропускал компоненту е„, то сигнал после анализатора описы- вается формулой 1, - ~ А"е, Кк>: Е,Е,Е, )', (15.9) т.
е. пРопоРционален только )) е„Кк . е,е,е,) . НеРезонансный <з>.— — — )з фон, в принципе, можно подавить полностью. Практически, однако, анализатор не является совершенным и остаточный нерезонансный фон все же проявляется, хотя он, конечно же, сильно подавлен по сравнению с его первоначальным уровнем. При спектроскопических измерениях интересуются дисперсиеи Кк, а не ее абсолют(е> ной величиной.
Поэтому при слабых резонансах, когда ~ е„Кк>: е,е,е, ~ << ! е„. Кйк): е,е,ез ), 261 Из (15.4) нетрудно видеть, что при ) Кк )шзз = ) а/Г~ <<Ккюк резонансная линия, находящаяся на нерезонансном пьедестале в спектре КАРС, может быть легко потеряна при наличии флуктуаций нерезонансного фона. При надлежащем выборе поляризации регистрируемого сигнала можно сильно подавить нерезонансный фон и тем самым существенно увеличить чувствительность метода КАРС (13, 14). Основной принцип поляризационной спектроскопии описан ниже. Решение (15.1) показывает, что поле сигнала Е.
пропорп)канально нелинейной поляризации Р'з)(о),), которую можно записать в виде удобнее оказывается регистрировать отношение !ВР компонент сигнала вдоль е„ и вдоль е„, равное (15.10) Заметим, что величина !ВР не зависит от интенсивностей накачки и поэтому мало подвержена флуктуациям интенсивности лазеров, а так как дисперсия )(кк пренебрежимо мала в окрестностях ве- (з) аонанса, зависимость !В! от о), — о)з воспроизводит спектр ) )(к 3 ) (з) з Возможная схема эксперимента для наблюдения поляризационпого варианта КАРС схематически показана на рис. 15.4. Компоненты е„и е„отвечающие прояущепной анализатором и отраженпой компонентам сигнала, одновременно регистрируются двумя фотодетекторами, а их отношение получается с помощью схемы деления. Поляризационный спектр КАРС бензола в СС1, показан в а)( а)т ю) Рпс.
15.4. Схема поляркзацкоппой спектроскоппк КАРС [15! качестве примера на рис. 15.5 [14]. В обычном КАРС эта спектральная линия была бы почти не видна из-за огромного нерезопансного фона. Иногда бывает желательно получить отдельно спектры Ве()(к ) г (з)) и 1ш()(!ю). Это можно сделать при помощи несложной модификации схемы эксперимента, показанной на рис. 15.4. Если мы повернем анализатор на небольшой угол О от скрещенного положения, то вместо В получим величину В, = 1я О + В, а отношение двух компонент сигнала будет равно !Вз!' = !Фй 6+ В!'.
(15.11) Если выбрать 1йз 8 > |В!', то отношение приближенно можно записать как !В,!* = (я' В+ 2В'1й Е, (15 12) где В = В' + (В". Поскольку восприимчивость )(кк в общем случае вещественна, В' прямо пропорционально Ке ~е, Хк : е,е,е,). г (3) Спектр !В Р в этом случае соответствует снвктру Ке(е, )(ккв) ( : е,е,е,), который находится на постоянном пьедестале от фона. 262 Относительная величина резонанса по отношению к фону в атом случае равна 2В'/166, что, конечно, много больше, чем в обычном методе КАРС. В реальных экспериментах более удобным оказывается испольэовать вращатель поляризации, помещенный перед анализатором, чем поворачивать сам анализатор.
Это снимает проб.- лему, которая может возникнуть из-за разной чувствительности системы регистрации к различным поляризациям сигнала [14]. Если, кроме того, перед вращателем поляризации поместить четвертьволновую пластинку для изменения относительной фазы компоненты е„на ~90', то отношение двух компонент сигнала становится рав- уч ным ]В.[*-]166~1ВР=сдзет2В" 166. (15ЛЗ) Это отношение дает спектр 1ш(ет Д1: Ы ' :ететез), который находится на постоянном пьедестале. Пример зависимостей ]В~]з и ]В,]з от ш, — шз приведен на рис.
15.5 для случая раствора 0,01 моль т бензола в СС1, [14]. Малая величина от- <з> з <з> ношения ] Хк 1Хкк 1 из-за малого количества бензола в этом случае сделала бы регистрацию комбинационного резонанса 0,4 бена ола с помощью обычного метода КАРС весьма затвьуднительной. Метод измерения В' и В, описанный выше, по сути, я~ля~то~ известной техникой гете- убу у,р урб 1зрр родинирования.
Неподавленная часть лш см' сигнала когерентного фона играет здесь роль опорного сигнала. Рве. 1б.б. Спектры поляразациояной спектроскопва Мы видим, что даже пРи РегистРации КАРС б,Щ1-молярпого рз- ]ВР резонансный спектр не полностью створа бевзояа з четырех- свободен от фона из-за конечного коэф- хлористом углероде. а— фициента пропускания анализатора спектР с подззяеввем веФлуктуации фона по-прежнему огранирезопансвото пьедестала; (з) б — спектр 1ш Х вз фоне чивают чувствительность поляризацнонного метода КАРС. При измерении В' и яьедестала; з — спектр В", хотя фон и больше, чем при изме- КеХ1з1 вафовеслабогоае- к ренин [В]з, как показывает анализ с точ- эезоазвсвото пьедестала ки зрения величины отношения сигнала ]141 к шуму, чувствительность оказывается на несколько порядков выше [15].
Это связано с тем, что гетеродинирование эффектнвно увеличивает отношение сигнала к фону. Высокая чувствительность поляризационного метода КАРС делает его особенно полезным для зондирования следовых концентраций молекул, например, при изучении процесса горения [16]. в. Другие методы когерентной спектроскопии комбинационного рассеяния Другим вариантом КАРС является схема, в которой при тех же волнах накачки регистрируется когерентный сигнал на частоте 2ол, — ел,.
Этот процесс носит название когерентного стоксова рассеяния света (КСРС). Теория КСРС такая же, как теория КАРС, за исключением того, что величины )(нк и а будут несколько дру(г) гимн из-за дисперсии. Для повышения чувствительности КСРС также можно использовать поляризационную схему регистрации сигнала. Методы спектроскопии комбинационного усиления и обращенного комбинационного рассеяния уже были рассмотрены в разделе 10.6. Их также можно считать процессами четырехволнового смешения, когда сигнал имеет ту же моду, что и одна из падающих волн.
Спектр усиления или ослабления, пропорциональныи 1ш ук, (г) не имеет нерезонансного фона. Эта методика особенно полезна при получении спектров комбинационного рассеяния газов с высоким спектральным разрешением. При достаточно большой интенсивности лазеров накачки комбинационный переход можно даже насытить. Комбинационная спектроскспия насыщения, аналогичная по принципу спектроскопии насыщения, рассмотренной в разделе 13.3, может быть использована для получения субдоплеровских спектров комбинационного рассеяния (17].
Хотя в данном разделе паши рассуждения относились к комбинационным резонансам, развитая теория в полной мере применима к любым двухфотонным резонансам, когда (о, + в,= ы„или 2ы, = (о„или 2(о, = еле где (о, — резонансная частота. Когерентный сигнал при этом регистрируется на частоте (ю, ~ ол,~ или !мглою~!. Если одновременно возникают комбинационный и двух- фотонный резонансы, то в сигнале может проявиться нх интерференция (18!. 15.3 Спектроскопия, основанная на эффекте Керра, индуцированном комбинационным резонансом Наличие усиления или ослабления в среде всегда сопровождается соответствующим резонансным двулучепреломлением.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
