principy_nelinejnoj_optiki_1989 (769482), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Таким образом, тУ о,(аде)- 10з1 с ' и Р = о~(ЦЬа)- 201 с-', где 1 — интенсивность в ваттах на квадратный сантиметр. Для импульсного лаверного возбуждения с пиковой интенсивностью 1-1 МВт/см' и длительностью импульса Т-0,5 мкс получаем тт' -10' с '- Г- 6 10" -с ', И', «Р-2 10' с '«р 3 10' с ' и РТ-10. Согласно (19.4) можно ожидать, что при таком импульсном возбуждении можно детектировать почти все атомы Не(2'Я).
Этот вывод приближенно соответствует экспериментальным наблюдениям [13]. 345 оо~аха Ф %ц Ф~ 4с ~'~о о~ З .«О" . З'~~!За йЯ ВЗ.а оо ~ 3~о» 1а ,6д " 'Ф Ос а а ~~ О« 6 о!. ,ВЗ .Й ФВД со~о 3 3 ~озЗ! -Ф~"о иСО . С~~ О а~В с о Зй; !..о аЗ~ 'о $ 'В !! В В!! ,В»ОХ Фх ХО, о ВФ В Я В Вс'»хоос«зр,"' В„хх,оохх ФДВО~ВВЗВВВФ!! Вазз аооо Ф оа3.„.„„„х, $ Я З, й Р В В Й Ф В В Ф В а Я -" $ Ф Е» Щ + + Щ с з ! з з Ф ж + о 1 Ф з + ,О ! з" + о ! з з ч + о ! з Ф о м з з" «» 3" з ч Вс с з Ю о й з Г".Р В Ф В х О.~ сб х ДД Ф! х ФВ» В Ф В Ф со ОС С' .О а!! х ," -4 ~ о а" В с«О О З< о ~В>' В Ь"..
!х «4 .«о о Рс ". а ~а о 3 о~ ЗМЗ! 43а. «О,З !! о сс В ох х д Зо оо Ф о В О В В сэ сс В х х о ц' х о Ф В с«Ф В с х х Ф со В О« Р 'Ф сс В Ф о~ ~а ~а В я' аю зо З) ф ~м .З о~ ° . щ О~с» й! Л .!- И Ос оЯ р~Фа Ь.,В: о~ ооо В с«В В Х с„ «Ва ' З6,ф Фхр ,,«О хсо х Ф со,,« !! З О ВВЗ с сс З В ВО аох с«ВФ ЯЗВ ВФВ О !!! сс В Ф « х о~о В ВВ -р о о Х» В ФВ о ВФРВ ВН3 ах»З ЗФВВИВ Ф й х о х Х Ф,~~, Ох В хоаоЗФ ФИФВЗО о х х ВВ~ВВЗФ ИФФХВ , О« л«З оа со а~ З! с6 с ФД мо '4 ок ЮЫ ОЯ ФЯ В З В ~ !! В Ф я -'р З6 Вх хсо Зх В!З При этом мог бы быть зарегистрирован единственный атом, появившийся в области зондирования. Детектирование избранных молекул методом фотоионизации также было неоднократно продемонстрировано экспериментально [14).
Возьмем для примера молекулу МО,. Для возбуждения из состояния 'А, в состояние 'В, можно использовать лазер на красителе, перестраиваемый в диапазоне 447 — 497 нм. Затем водородный лазер, работающий в вакуумном ультрафиолете (160 нм), используется для фотоионизации молекулы из состояния *Во Если условия (19.5) выполнены, то возможно детектирование одиночйой молекулы, находящейся в определенном колебательно-вращательном состоянии [9]. 19.4 Применения Применения методов детектирования одиночных атомов или молекул многочисленны.
Очевидным является их применение для изучения свойств возбужденных атомов или молекул, радикалов, ионов и других редких или неустойчивых частиц. Например, лазерная техника может быть использована для зондирования ряда автомов, находящихся в возбужденном состоянии, и для измерения сечений фотоионизации из возбужденного состояния [13, 15). Последнее возможно, поскольку о, можно определить из зависимости сигнала фотоионизации от потока фотонов лазера (7Т) согласно (19.3), где Ы-(1/2)а,(1ТЛв). Спектроскопня этих одиночных или неустойчивых частиц является интересной областью, которая почти не была изучена из-эа отсутствия чувствительных инструментов.
При помощи лазерных методов эта область должна получить быстрое развитие. Ограничения накладывают только мощности и области перестройки имеющихся лазеров. Недавно при использовании метода многофотонной ионизации был с высоким разрешением измерен переход 1'Я, - 2'Я, в позитронии [16). Этот результат имеет большое значение для строгой проверки теории квантовой электродинамики. Способность детектировать отдельные атомы или молекулы в определенном состоянии делает лазерную технику особенно полезной для изучения фотодиссоциации и химических реакций [17). Детектирование позволяет выполнить прямые измерения продуктов диссоциации и реакции до того, как они испытают столкновение или прореагируют с молекулами или стенками кюветы.
Такие измерения позволяют определить не только скорости и угловое распределение продуктов, но и внутреннее распределение энергии в них. Ограничения этой методики связаны только с наличием мощных перестраиваемых в широком диапазоне лазеров. Техника детектирования одиночных атомов может найти важные применения в ядерной физике. Ее можно использовать для контроля продуктов деления ядер [18) или для изучения реакций тяжелых элементов при очень низком давлении. Чувствительность, позволяющая детектировать одиночный атом в определенном объ- 347 еме в определенный момент времени, позволяет также регистрировать экзотические или нестабильные ядра, редкие изотопы, радиоактивные ядра, солнечные нейтрино и т. д.
Метод регистрации основан на слежении за дочерними атомами, порожденными этими частицами, когда их заставляют вступать в ядерную реакцию. Лазерные методы предлагалось также испольэовать для поисков ива рков. Технику детектирования одиночных атомов можно испольаовать для изучения некоторых фундаментальных вопросов статистической механики [$]. Один из них — броуновское движение отдельных атомов в газе. Выполняется ли действительно используемое в теории предположение о случайности этого процесса3 Другой вопрос относится к эргодической гипотезе. Как предположил Эйнштейн [191, эксперимент по диффузии, выполненный с временным разрешением, в котором уравнение диффузии можно было бы проверить как зсуммированием по временна, так и «суммированием по пространствуз, мог бы позволить проверить справедливость предположения об эргодичности системы.
Наконец, можно непосредственно наблюдать явление атомных флуктуаций [201 Поскольку регистрируемое число атомов У в определенном объеме может быть малым, нормированные флуктуации ЬУ/<У> могут быть сделаны довольно большими и могут быть точно измерены. Экспериментально наблюдался переход от пуассоновского распределения У к гауссовскому при увеличении среднего числа <У> (от $ до 20)'.
Другим возможным применением техники детектирования одиночных атомов является датнрование. Обычно исполъвуемые методы датирования менее чувствительны и требуют использования большего количества вещества, возраст которого необходимо установить с помощью аналитического процесса.
Техника детектирования одиночных атомов, несомненно, имеет то преимущество, что позволяет снизить до минимума количество материала, необходимого для установления его возраста. Глава 30 ЛАЗЕРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЧАСТИЦ Пондеромоторные силы, возникающие в лазерном поле, могут быть очень значительными, поскольку яазерный луч обладает свойствами когерентности и высокой направленности. Сфокусированный пучок интенсивностью 10' Вт/см' может придать диэлектрической сфере диаметром 1 мкм, имеющей отражательную способность 10 $, ускорение 10'л.
Следовательно, лазерный пучок можно использовать для ускорения, замедления, управления положением, охлаждения или локализации небольших частиц, включая атомы, молекулы и ионы. Эти воэможности открыли еще одну захватывающую область лазерных исследований. Можно предвидеть много применений этих явлений в различных областях. Очевидными примерамп являются изучение свойств отдельных частиц и контролируемые реакции или взаимодействия между частицами. Лазерное управление частицами фактически не относится к нелинейной оптике, однако это интересный раздел лазерной физики, с которым стоит познакомиться. Пондеромоторные силы В диэлектрической среде сила, действующая со стороны излучения на единицу объема, определяется формулой Щ 1 = ч о — д6/81.
(20.1) Здесь о — максвелловский тензор давления, а 6 — плотность электромагнитного импульса в вакууме, причем о= ~ — р — — ~з — р — ! — — ~ 1+ — (КР+'ВВ), 8а 1 др / 8в 1 4в (20.2) 6= — „, (ЕХВ)= —,, 4ас где р — давление в среде, р — плотность среды, Я вЂ” вектор Пойнтинга. С помощью уравнений Максвелла после подстановки (20.2)' в (20.1) получаем 1 = — Чр — — Че + Ч [р — — ~ — (е — 1) —.
(20.3) да Г дз Дз) да 8а дс 8в) дз В однородной среде это выражение приводится к виду дв 4 дб 1 = — Чр+ р — — ЧЕ' — (е — 1) —. др 8л дз Второй член в (20.4) есть просто электрострикционная сила (см. раздел х1Л), а третий связан с изменением плотности электромагнитного импульса. Обычно нас интересует только среднее по времени <$>. В стационарном случае, несмотря на то что в среде <дб/дг> О, излучение оказывает давление на поверхность границы раздела, где происходит отражение и преломление света. Полная сила, действующая на макроскопический диэлектрический объект, погруженный в жидкость, определяется интегралом глолн = ) <г> 1~щ (20.5) который, согласно закону сохранения импульса, должен быть равен интегралу ) (Л <(д/дг) К) Ыэ) и, по поверхности, окружающей объект, где и.— нормаль к поверхности, Ы(дlдг)К> — среднее по времени от плотности электромагнитного импульса, переданного Рнс.
20А. Днзлектрнчеснея сфера смещена огносягельно осн А лазерного пучка, имеющего моду ТЕМее. Рассматривается пара лучей а н Ь, падающих нз сферу симметрично огноснтельво ее центра. Ггоказаны силы, действующие на сферу со егоровы луча е, для случая ел ) еь', зтн силы голнеюг сферу вправо вдоль осн з н к осн лазерного пучка [3) Г'=с = — ="+ — Р—, (206) где К',Кв и Кй — плотности импульсов падающей, отраженной и преломленной волн соответственно. Мы можем ваписать (К ) = 350 объекту в единицу времени через поверхность раздела между двумя средами, причем К = еб есть плотность электромагнитного импульса (или псевдонмпульс) в среде с диэлектрической проницаемостью в.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
