авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 9 |

«ЮБИЛЕЙНЫЙ СБОРНИК КАФЕДРЕ ОПТИКИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА 70 ЛЕТ MCMXXXIV — MMIV УДК ...»

-- [ Страница 2 ] --

В конце 40х и начале 50х гг. большие работы по созданию методов анализа тяжелых элементов на малые примеси были выполнены под руководством А.Н. Зайделя. Эта задача была особенно актуальна в связи с требованиями атомной промышленности. Был разработан “метод испарения” [35], значительно повысивший чувствительность и точность анализа. В последствии весь цикл работ был опубликован в монографии А.Н. Зайделя, Н.И. Калитеевского, Л.В. Липиса и М.П. Чайки “Спектральный анализ атомных материалов” (1960г.) [36]. О ее актуальности говорит то, что книга была вскоре переведена на английский язык.

На кафедре был создан новый метод анализа, получивший название “спектрально-изотопный метод”. Разработанный для определения растворенного и адсорбированного водорода в металлах, в дальнейшем он нашел широкое применение. Сущность метода заключается в том, что анализируемая проба окружается определенным количеством тяжелого изотопа водорода (дейтерием) и прогревается. После установления равновесия полученная смесь анализируется спектральными методами. По отношению яркости линий водорода и дейтерия вычисляется количество водорода в пробе.

Экспериментальными мастерскими НИИФ ЛГУ был изготовлен прибор для анализа этим методом водорода в металлах. Прибор демонстрировался на ВДНХ в Москве и Всемирной выставке в Брюсселе (1957г). Работы этого цикла изложены в книге А.Н. Зайделя, А.А. Петрова и Г.В. Вейнберг “Спектрально изотопный метод определения водорода в металлах” [37]. Книга также была переведена на английский язык. Впоследствии метод был распространен на анализ других газов в металлах (азот и кислород). Чувствительность метода достигала10-4–10-5%.

Особый цикл представляют работы по созданию спектральных методов анализа газов. Еще в 1936 г. С.Э. Фриш и В.А. Коновалов пытались анализировать смеси газов в разрядной трубке особой конструкции. Можно было одновременно наблюдать разряд в положительном столбе и в полом катоде, что позволяло фиксировать одновременно излучение от легковозбудимых и трудновозбудимых компонент смеси. Однако, наличие внутри разрядной трубки металлических электродов делало результаты анализа плохо воспроизводимыми из-за поглощения газа металлом, особенно сильно поглощались N2 и O2.

Другой особенностью разряда постоянного тока в смеси газов является разделение компонентов смеси. С.Э. Фришем и Н.А. Матвеевой [38-39] подробно исследовался механизм этого явления. Наблюдаемое повышение у катода концентрации газа с более низким потенциалом ионизации и, как правило, с большим атомным весом, и, наоборот, у анода – трудновозбудимого и более легкого газа, используется для очистки газов от примеси с меньшим потенциалом ионизации, а также для повышения чувствительности анализа на легко возбудимые компоненты.

Качественный скачок в разработке методов спектрального анализа газовых смесей был сделан в 1947г. Е.Я. Шрейдер [40]. Применяя для возбуждения газа высокочастотный разряд с внешними электродами, ей удалось добиться хорошей воспроизводимости результатов анализа и высокой чувствительности. Этот тип возбуждения использовался в дальнейших работах кафедры по созданию новых методик спектрального анализа газовых смесей.

С.Э. Фришем, О.П. Бочковой, Л.П. Разумовской, Н.В. Чернышевой [41] были разработаны методы спектрального анализа инертных газов на чистоту. Для анализа аргона был изготовлен достаточно простой и надежный газоанализатор с фильтрами вместо громоздкого спектрометра. Методы были внедрены в отрасли промышленного производства инертных газов В 50хгг. перед запуском искусственного спутника Земли встала необходимость в определении состава верхних слоев атмосферы. Поскольку такие пробы могли быть получены в небольших объемах при p~10-3ммHg при запуске ракет, методы спектрального анализа должны были обеспечить анализ микроколичеств газа. Такой метод был разработан С.Э. Фришем, О.П. Бочковой и Л.П. Разумовской в тесном контакте с сотрудниками Б.А. Миртова из ГеоФИАН.

Цикл работ этого направления обобщен в монографии О.П. Бочковой и Е.Л. Шрейдер “Спектральный анализ газовых смесей” под редакцией С.Э. Фриша (1955, 1963гг.) [42]. Книга переведена на немецкий, китайский, английский языки.

В первое десятилетие после войны техническое оснащение научных ла бораторий было более чем скромным. Не было достаточного количества спек тральной аппаратуры промышленного производства, источников питания элек тронных приборов и разряда, мощных высокочастотных генераторов, поэтому в 40–50 гг. на кафедре велись работы по созданию необходимой аппаратуры.

Экспериментальными мастерскими НИФИ в эти годы были изготовлены спектрограф с кварцевой оптикой для геологических разведочных работ, спектрограф прямого видения. Маленький монохроматор (“уголок”), который можно было использовать и как спектрограф, был разработан С.Э. Фришем.

Были созданы и выпускались в/ч генераторы, высоковольтные выпрямители, опытные образцы газоанализаторов. В разработке и выпуске приборов, создании соответствующих методик принимали участие сотрудники кафедры М.П. Чайка, О.П. Бочкова.

Регистрация излучения осуществлялась фотографически, поэтому даже самые незначительные экспериментальные исследования (даже простая юстировка прибора) требовали больших затрат времени. Фотоэлектрические методы регистрации начали внедряться с конца 40хг. в связи с появлением промышленных фотоумножителей, их применение резко увеличило производительность и точность методов.

Это краткий обзор показывает, как интенсивна и продуктивна была жизнь кафедры оптики в довоенные и послевоенные годы. Проводились фундаментальные научные исследования в самых актуальных областях физики атома и физики плазмы. Результаты этих исследований немедленно использовались для развития теории, углубления знаний в области атомной физики. Одновременно они составляли основу прикладных работ, которые развивались параллельно и результаты которых благодаря глубине и точности использованного знания не теряют своей актуальности и сегодня. Кафедра оптики была пионером в разработке многих методов экспериментального исследования, которые иногда “переоткрываются” зарубежными учеными спустя десятилетия. Увлеченность наукой, самоотверженность и скромное бескорыстие ученых заложили хорошие основы для последующих достижений.

ЛИТЕРАТУРА 1. Д.С. Рождественский, “Работы по аномальной дисперсии в парах металлов”, Труды ГОИ 2 №3, 1921, Изд. АН СССР М-Л, 1951г.

2. Д.С. Рождественский, Н.П. Пенкин, Изв.АН СССР сер.физ. № 5,97, 3. Г.С. Кватер, ЖЭТФ 11,440,1941;

ЖЭТФ 12,347,1942;

Вестник ЛГУ № 2,135,1947.

4. С.Э. Фриш, Н.П. Пенкин, А.М. Шухтин ЖЭТФ 18,734,1948;

Изв. АН СССР сер.физ. 11,217,1947.

5. Н.П. Пенкин, Г.Ф. Парчевский, Ю.И. Островский, Л.Н. Шабанова ЖЭТФ 17, 1114, 1947, Вестник ЛГУ № 11, 113, 1954;

Оптика и спектроскопия 3, 391, 1957;

Оптика и спектроскопия 2, 673, 1957;

Оптика и спектроскопия 4, 719, 1958;

Оптика и спектроскопия 5, 6, 1958.

6. Ю.М. Каган, В.М. Захарова ЖЭТФ т.18, №1,52-57, 1948.

7. С.Э. Фриш, И.П. Запесочный ДАНСССР т.XIX № 1, 5, 1955;

ДАНСССР т.XCV № 5, 971, 1954.

8. С.Э. Фриш, В.Е. Яхонтова Оптика и спектроскопия т.IV, 402-404, 1958, Изв.АН СССР сер.физ. XXIV,8,960, 1959;

Вестник ЛГУ № 10,27,1959.

9. И.П. Богданова Вестник ЛГУ № 16, 15-18,1959;

И.П. Богданова, И.И. Гейци Оптика и спектроскопия 14, 588, 1963;

Оптика и спектроскопия, 17, 151, 1964;

Вестник ЛГУ № 10, 47, 1964;

Изв.АН СССР сер.физ. 27, 1056, 1963;

И.П. Богданова, В.Д. Марусин Оптика и спектроскопия, 20, 209, 1966;

Оптика и спектроскопия, 21, 252, 10. И.П. Богданова, В.И. Яковлева Оптика и спектроскопия т. 52, в 2, 226-230, 1982, т.73, в 6, 1053, 1993.

11. А.Л. Ошерович, И.Л. Савич Оптика и спектроскопия 4, 715, 12. С.Э. Фриш “Спектроскопическое определение ядерных моментов” “Гостехиздат” 1948;

Вестник ЛГУ № 16, в 3,7, 1959.

13. Н.И. Калитеевский, М.П. Чайка Вестник ЛГУ № 11, 121-137, 1955;

Оптика и спектроскопия 1, № 5,606-11, 14. Р.И. Семенов Вестник ЛГУ, в 4, 12, 15. С.Э. Фриш, Ю.М. Каган ЖЭТФ т 11, 286, 16. С.Э. Фриш, Ю.М. Каган ЖЭТФ т 12, 342, 17. С.Э. Фриш, Ю.М. Каган ЖЭТФ т 17, 527, 1947;

т 18, 519, 18. С.Э. Фриш, Ю.М. Каган Изв. АН СССР, сер.физ. т 12, 358, 19. В.М. Захарова, Ю.М. Каган, В.И. Перель Оптика и спектроскопия 19, 140, 20. В.М. Захарова, Ю.М. Каган Оптика и спектроскопия 19, 140, 21. И.П. Богданова, С.Э.Фриш Изв. АН СССР сер.физ. т.XIV. № 6, 711-715, 22. С.Э. Фриш, И.П. Богданова Сб.памяти С.И.Вавилова стр.220, 23. С.Э. Фриш, И.П. Богданова Изв. АН СССР, сер.физ. т 22, 656, 24. И.П. Богданова, Чен-Чи-Тхек Оптика и спектроскопия т II, в 6, 681-688, 25. С.Э. Фриш, О.П. Бочкова Вестник ЛГУ, № 16, 40,1961;

Оптика и спектроскопия, 11, 697, 26. А.М. Шухтин ДАН СССР т LXXXII, №1,41-43, 27. А.М. Шухтин Сб. “Спектроскопия газоразрядной плазмы” Изд. “Наука”, 110-160, 28. А.М. Шухтин, В.С. Егоров Оптика и спектроскопия т II, 543-544, 1957;

Вестник ЛГУ № 16, 61, 29. Ю.М. Каган, В.И. Перель ДАН СССР, новая серия XCI, № 6, 1321, 30. Ю.М. Каган, В.И. Перель ДАН СССР, новая серия XCV, № 4, 765, 1954, № 6, 1181, 31. Ю.М. Каган, Г.М. Малышев, В.Л. Федоров, Л.А. Гавалас ДАНСССР, новая серия LXXVI, № 3, 215, 1951, ЖТФ XXIII, 6, 950, 1953;

ЖТФ XXIII, 5, 894, 32. С.Э. Фриш, В.Э. Ревалд Оптика и спектроскопия XV, № 6, 723, 1963;

Оптика и спектроскопия XI, 697, 33. С.Э. Фриш, Э.К. Краулиня ДАНСССР т 101, в 5, 837-840, 34. С.Э. Фриш, О.П. Бочкова Изв.АН СССР сер.физ. XXVII, № 8, 1065-1069, 35. А.Н. Зайдель, Н.И. Калитеевский, Л.В. Липис, М.И. Чайка, Ю.И. Беляев Журнал аналитической химии 11, 31, А.Н. Зайдель Вестник ЛГУ № 16, 45, 36. А.Н. Зайдель, Н.И. Калитеевский, М.П. Чайка “Спектральный анализ атомных материалов” Физматгиз 37. Г.В. Вейнберг, А.Н. Зайдель, А.А. Петров “Спектрально-изотопный метод определения водорода в металлах”, Л., изд-во ЛГУ, 38. С.Э. Фриш, Н.А. Матвеева ДАНСССР, 1922,375, 39. Н.А. Матвеева Вестник ЛГУ № 4,в 1, 11-25, 40. С.Э. Фриш, Е.Я. Шрейдер Изв. АН СССР сер.физ. 13, 465, 41. С.Э. Фриш Вестник ЛГУ № 6, 26, 1950;

Изв. АН СССР сер.физ. 18, 252, О.П. Бочкова, Е.Я. Шрейдер Изв. АН СССР сер.физ. 19, 75, О.П. Бочкова, Л.П. Разумовская, С.Э.Фриш Оптика и спектроскопия, 5, 93, О.П. Бочкова, Е.Я. Шрейдер Вестник ЛГУ № 16, 57-63, 42. О.П. Бочкова, Е.Я. Шрейдер “Спектральный анализ газовых смесей” Гостехиздат 1955, ЛАЗЕРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА КАФЕДРЕ ОПТИКИ САНКТ ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА Кафедра оптики физического факультета совместно с отделом оптики и спектроскопии НИИФИзики СПбГУ является одним из ведущих научных подразделений Санкт-Петербургского государственного университета, занима ющихся формированием и развитием одного из перспективных направлений современной физической науки – лазерной физики как в части ее принципиальных основ, так и ее разнообразных приложений, прежде всего – к диагностике свойств веществ и материалов, используемых в современных наукоемких технологиях.

Эта статья содержит краткий обзор основных направлений лазерных исследования сотрудников кафедры. При этом важно подчеркнуть, что ранние работы сотрудников физического института, а затем основателей кафедры оптики СПбГУ академика Д.С. Рождественского и члена-корреспондента РАН С.Э. Фриша, выполненные ими еще до создания первых лазеров, внесли значимый вклад в формирование фундаментальных основ лазерной физики, оптики и спектроскопии.

Многоплановость лазерных исследований на кафедре оптики иллюстри руют приводимые здесь почти полтора десятка статей, относящихся к различным направлениям лазерной физики и ее приложениям. В то же время следует подчеркнуть, что значительная часть этих работ сотрудников кафедры относится к исследованиям элементарных процессов в активных средах на основе газоразрядной плазмы.

Создание новых активных сред газоразрядных лазеров проходит через такие очевидные этпы, как поиск объектов и условий, в которых формируется инверсная заселенность уровней атомов или молекул, их апробация, исследование спектральных и энергетических характеристик газоразрядных лазерных систем и, наконец, их оптимизация уже применительно к работе конкретного лазера и для решения конкретной задачи. Исследования, направленные на изучение процессов в газоразрядной плазме, приводящих к формированию заселенностей (в том числе – и инверсных) уровней атомарных и молекулярных компонентов плазмы, начались на кафедре оптики и в отделе оптики и спектроскопии еще до того, как была получена информация о создании первых газоразрядных лазеров. Для этого было готово все – методики точных спектроскопических измерений, практика работы с особо чистыми газами и их смесями, оборудование, как оптическое, так и вакуумное, опыт создания и изучения газоразрядной плазмы и, самое главное, люди, которые умели всем этим пользоваться и имели навыки изучения процессов передачи энергии от одних компонентов плазмы (атомов, молекул, ионов, электронов) другим. Был накоплен тот значительный эмпирический багаж, подкрепленный общим высоким уровнем теоретических знаний, который создает и у индивидуального исследователя, и во всем научном коллективе основы фундаментального представления об общем характере исследуемой физической системы – сложном ансамбле атомов, ионов, электронов и электрических полей в плазме газового разряда.

Помимо исследований физико-химических процессов в газоразрядной плазме следует отметить и ряд других оригинальных работ сотрудников кафедры, таких, в частности, как исследования взаимодйствия лазерного излучения с веществом в конденсированном, газообразном и плазменном состояниях;

создание новых типов лазеров с программируемым спектром излучения;

установление вероятностей переходов и времен жизни атомов в газоразрядной плазме;

разработка новых методов лазерной спектроаналитки и т.д.

Особую роль в становлении такого уникального научного коллектива и в развитии проводимых им исследований сыграло то обстоятельство, что руководили работой этого коллектива ученые с мировым именем С.Э. Фриш, Н.П. Пенкин, Ю.М. Каган, А.М. Шухтин, А.Л. Ошерович, А.Г. Жиглинский.

Блестящие специалисты, корни знаний которых были сформированы школой Д.С. Рождественского, имевшие богатый опыт научных исследований и организационной работы, тонко чувствовавшие, прекрасно понимавшие и любившие физику, они создали ту атмосферу непрерывного творчества, которая характерна для кафедры оптики и сейчас, несмотря на определенные трудности последних лет.

В данной публикации мы, ученики этих выдающихся ученых, представляя работы нашей кафедры воздаем память и благодарность нашим учителям.

О.П. Бочкова, Ю.А. Толмачев ПРОЦЕССЫ СЕЛЕКТИВНОЙ ПЕРЕДАЧИ ВОЗБУЖДЕНИЯ В АКТИВНЫХ СРЕДАХ ГАЗООБРАЗНЫХ АТОМАРНЫХ ЛАЗЕРОВ Всестороннее изучение процессов селективной передачи возбуждения в плазме разряда в гелий-неоновой смеси, примененной в первом газовом лазере, является, возможно, единственным примером, создания лазера в результате целенаправленных предварительных научных исследований. За несколько лет до непосредственного наблюдения генерации ученые осуществили точные количественные исследования с применением разнообразных методов, с измерением практически всех необходимых атомных констант, с тщательно продуманной системой создания оптической положительной обратной связи.

Все последующие лазеры создавались, во многом, уже исходя из самых общих представлений о селективности процессов передачи энергии возбуждения при столкновениях атомов, из свойств различных атомных состояний, из самых общих свойств сечений столкновений, из характера функции распределения электронов в плазме различных типов.

На кафедре оптики к изучению взаимодействия возбужденных атомов гелия с нормальными атомами неона приступили уже в 1961 году, завершилась эта работа только в самом последнем десятилетии ХХ века. Использовался и факторный статистический анализ, и анализ кинетики распада заселенности уровней (пример – работа [1]), и метод малых возмущений, в том числе – оптическим излучением, за много лет до создания перестраиваемых лазеров [2].

Параллельно шло развитие теоретических методов описания процессов взаимо действия атомов при столкновении. Итог – умеренное согласие результатов тонких и трудоемких квантовомеханических расчетов с результатами измерений [3].

Стремление расширить спектральный диапазон работы лазеров, особенно в области видимого и ультрафиолетового спектра привело к быстрому увеличению числа групп исследователей, занятых получением генерации в системах, где на основании качественных соображений можно было ожидать возникновение инверсной заселенности уровней. Были созданы лазеры, работающие на переходах однократных, а затем и двукратных ионов. В частности, селективное заселение возбужденных состояний ионов многих металлов, исходя из энергетических соображений, представлялось возможным и при столкновениях метастабильных атомов и ионов инертных газов с атомами металла в основном состоянии, и при столкновениях двух возбужденных атомов. Некоторые количественные характеристики подобных атом-атомных столкновений были измерены за рубежом, но для общего понимания физики межатомных взаимодействий необходимы были систематические, целенаправленные исследования, проведенные с применением максимально большого арсенала методов. Такие измерения были выполнены на кафедре, обобщены, найдены основные закономерности распределения величин сечений [4,5]. Вновь появился материал для глубокого теоретического обобщения. Это было по плечу только специалистов высокого класса и помогли нам теоретики кафедры квантовой механики. Однако, до серьезного количественного согласия между данными теории и опыта еще очень далеко. Мало того, эксперимент принес неожиданности. При исследовании системы гелий-ртуть оказалось, что ярко светится линия иона, которая запрещена, по крайней мере, двумя правилами отбора. Здесь подключились уже и ученые Физико-технического института... Итог пока еще не слишком обнадеживающий: общая схема возможных внутриатомных процессов более или менее ясна, а вот сколько нибудь детальный расчет отсутствует.

Примером того, как качественные соображения могут приводить к очень интересным физическим результатам, может служить работа [6], в которой на основании априорных приближенных представлений были выведены простые формулы, позволяющие дать корректную оценку предельно возможных к.п.д.

лазеров. Не менее убедительным примером может быть и большая серия экспериментальных исследований импульсных лазеров, проведенных под руководством А.М.Шухтина. В 70-х годах сообщения его лаборатории о новых линиях генерации появлялись чуть ли не еженедельно. Однако основным достижением явилась разработанная А.С.Тибиловым модель селективного засе ления уровней вследствие ион-ионной рекомбинации [7]. Серия изящных экспериментов в смеси натрия с водородом однозначно доказала высокую эффективность реакции, а красивая простота взаимодействия атомных частиц была мгновенно оценена теоретиками. Результатом явилась небольшая статья [8], которая до сих пор считается базовой для расчета соответствующих сечений.

Развитие представлений о полной совокупности процессов возбуждения и разрушения заселенности уровней потребовало и совершенствования методов измерений, и накопления данных о величинах сечений. Были обобщены данные о механизмах возбуждения и тушения долгоживущих состояний инертных газов [9]. Одним из итогов этого процесса явилось издание по инициативе заведующего кафедрой А.Г.Жиглинского сборника [10].

1. Костенко В.А., Толмачев Ю.А. Зависимость константы скорости нерезонансных столкновений He(21S0)-Ne0 от температуры газа. // Оптика и спектроскопия, 1979, Т. 47, в.6, С. 1050-1055.

2. Ю.З.Ионих, Н.П. Пенкин. Возбуждение линий 2p – 3s неона в смеси гелий неон // Оптика и спектр.1971. Т. 31, в. 6, с.837.

3. Девдариани А.З., Загребин А.Л, Касьяненко С.В. и др. Влияние особенностей структуры квазмолекулярных термов на процессы ионизации при столкновениях с участием резонансно-возбужденных атомов. // ЖТФ, 1985, Т.55, №2, С. 368- 4. Толмачев Ю.А.. Исследование нерезонансной ион-атомной перезарядки при тепловых энергиях. //Физика электронных и атомных столкновений. Л. 1978, с. 85-103.

5. Толмачев Ю.А. Неупругие столкновения возбужденных атомов гелия в состояниях n=2 с атомами металлов. //Оптика и спектроскопия, 1987, Т. 62, В. 4, С. 750-757.

6. Пиотровский Ю.А., Реутова Н.М., Толмачев Ю.А. О роли ступенчатой ионизации в процессах формирования инверсной заселенности в лазерах на самоограниченных переходах. //Оптика и спектроскопия, 1984, Т. 57, В. 1, С.

99-104.

7. Тибилов А.С., Шухтин А.М. Исследование генерации в смеси Na-H2.

//Оптика и спектроскопия, 1969, Т. 27 В. 3, С. 409-416.

8. Комаров И.В., Погорелый П.А., Тибилов А.С. Заселение возбужденных состояний в реакции ион-ионной рекомбинации двойным соударением. // Оптика и спектроскопия, 1969, Т. 27, В. 2, С. 198-203.

9. Бочкова О.П., Толмачев Ю.А. Тушение метастабильных атомов инертных газов при столкновениях с электронами тепловых энергий. // Оптика и спектроскопия, 1999, Т. 86, №6, С. 898-911.

10. Справочник констант элементарных процессов с участием атомов, ионов, электронов, фотонов. Под ред. А.Г.Жиглинского. – СПб: Изд. С. Петербургского ун-та, 1994. 336 с В.А. Иванов, Ю.Э. Скобло ПРОЦЕССЫ ДИССОЦИАТИВНОЙ РЕКОМБИНАЦИИ В АКТИВНЫХ СРЕДАХ ПЛАЗМЕННЫХ ЛАЗЕРОВ Одной из основных задач физики плазмы на стыке с квантовой электроникой является поиск и анализ новых механизмов селективного заселения атомных уровней. В рекомбинационно-неравновесной плазме, составляющей основу активных сред рекомбинационных (плазменных) лазеров, наиболее выраженным свойством селективности обладают процессы диссоциативной рекомбинации (ДР) молекулярных ионов с электронами и передачи возбуждения при нерезонансных атом-атомных столкновениях:

AB + + e i Ai* + B (1) A + B * Ai + B (2) Оба эти процесса рассматриваются как основные источники заселения верхних лазерных уровней, например, в активных средах на плазме смесей инертных газов высокого давления. В дополнение к селективности, ДР является наиболее быстрым процессом объемной нейтрализации заряженных частиц, так что значительная доля энергии, затраченной на ионизацию газа на стадии создания активной среды, реализуется в лазерном переходе на стадии рекомбинации.

ДР является многоканальным процессом в смысле набора возбужденных состояний образующихся атомов A*i, поэтому практически важным является получение данных о парциальных i и полных коэффициентах рекомбинации при различных температурах электронов Те плазмы. На основе метода спектро скопического анализа релаксационных процессов, развивающихся при возмущении электронов распадающейся плазмы дозированным электрическим полем [1], получен полный набор данных о величинах i(Те) и (Те) для ионов Ne2+, Ar2+, Xe2+ в широком диапазоне изменения Те. Эти данные делают возможным построение поуровневой кинетики возбужденных атомов в плазме.

Показано, в частности, что при определенных условиях более 50% потока ДР может быть сосредоточено в переходах с одного атомного уровня.

В кинетических схемах активных сред на плазме смесей инертных газов неизменно присутствуют гетероядерные молекулярные ионы. Вопросы кинетики гетероядерных ионов, решенные в работах [2,3], в существенной степени прояснили картину формирования оптических свойств распадающейся плазмы.

В столкновениях с передачей возбуждения (2) в качестве В* обычно выступают атомы в метастабильных состояниях (He-Ne газовый лазер, инфракрасный рекомбинационный лазер на плазме смеси Ar-Хе). В цикле работ (см. ссылки в [4]) сформулировано новое направление – использование метастабильных молекул гелия в качестве донора энергии. В экспериментах с распадающейся плазмой смеси гелий – водород обнаружен новый эффективный канал передачи возбуждения, в котором энергия электронного возбуждения метастабильной молекулы гелия передается атому водорода.

1. Иванов В.А. Диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов в плазме инертных газов. // УФН, 1992. Т162. Вып.1. С.35-70.

2. Иванов В.А., Скобло Ю.Э. О диссоциативной рекомбинации гетероядерных молекулярных ионов в плазме смесей инертных газов. // ЖЭТФ. 1994. Т.106.

Вып.6(12). С. 1704-1721.

3. Иванов В.А. Спектроскопия и кинетика гетероядерных молекулярных ионов инертных газов. // Оптика и спектр. 1995. Т.78, Вып.1. С.1-23.

4. Скобло Ю.Э., Иванов В.А. О механизмах образования возбужденных атомов водорода в распадающейся плазме смеси гелий – водород.// Оптика и спектр.

2003, Т.95. Вып.4. С.547-551.

Г.М. Григорьян, Ю.З. Ионих, Н.В. Чернышева ПРОЦЕССЫ В АКТИВНЫХ СРЕДАХ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ЛАЗЕРОВ Первые газовые лазеры работали на переходах атомов, однако дальнейшее развитие квантовой электроники привело к созданию лазеров на молекулярных переходах. Благодаря этому удалось значительно расширить спектральный диапазон генерации, а также радикально улучшить энергетические характеристики лазеров. Работы по исследованию процессов, существенных для моделирования плазмы молекулярных лазеров, проводились на кафедре оптики с конца 60-х до начала 90-х годов. Их можно разделить на две группы: исследование плазмы, содержащей азот, и исследование плазмы, содержащей окись углерода. Соответственно первая группа работ была ориентирована на процессы, происходящие в активной среде азотного лазера, вторая – на процессы в СО-лазере.

Азотный лазер генерирует на электронных переходах молекулы N2 С3Пu В Пg и В3Пg А3u+. Поэтому представляло интерес исследование процессов, определяющих заселенность состояний С3Пu, В3Пg и А3u+.

Столкновительные процессы возбуждения и дезактивации этих состояний в стационарной и распадающейся плазме изучались в работах [1–6]. Отметим, что в работе [1], где изучались реакции передачи энергии от метастабильных атомов аргона молекулам N2, сопровождавшейся возбуждением состояния С3Пu, был впервые обнаружен эффект ослабления вращательной структуры полос перехода С3Пu В3Пg, начинавшихся на уровнях, лежащих выше метастабильного уровня аргона. В работе [2] были впервые измерены константы скорости возбуждения состоянии С3Пu при передаче энергии от возбужденных атомов аргона. В работе [5] с использованием метода лазерно-индуцированной флуоресценции было впервые доказано наличие процессов передачи возбуждения между состояниями В3Пg(v=0) и А3u+(v=7).

В работах [7–12] изучались элементарные процессов в плазме в смесях, содержащих окись углерода. СО-лазер является одним из наиболее мощных и эффективных электроразрядных лазеров ИК диапазона. Генерация в СО-лазере происходит при колебательно-вращательных переходах в основном электронном состоянии. Кроме того, возможна генерация на СО и в видимой области спектра, при электронно-колебательных переходах. Высокие энергетические характеристики лазера реализуются при использовании многокомпонентных газовых смесей, в результате чего для моделирования активной среды требуется информация о большом числе элементарных процессов, в том числе плазмохимических реакций. В работе [7] выяснены механизмы ионизации в плазме разряда в смесях гелия с СО (основные компоненты активной среды лазера). В работах [8,9] впервые изучен столкновительный электронно-колебательный обмен между метастабильным a3П и основным электронными состояниями молекулы СО. В работах [10–12] исследованы плазмохимические реакции образования атомов О и С и молекул С2 и СО2 в плазме разряда в смесях Не-СО, Не-СО-О2 и найдены константы скорости соответствующих процессов. В частности, впервые показано [11], что полосы высокого давления С2 характеризуются вращательной температурой, существенно более низкой, чем газовая. В работе [12] предложен новый метод измерения концентрации радикалов (в данном случае – атомов С) в распадающейся плазме.

Эти исследования были продолжены экспериментами, проводимыми в условиях действующего лазера. Был создан малогабаритный отпаянный (т.е.

работающий без прокачки газовой смеси через разрядную трубку) СО-лазер и исследованы его генерационные характеристики, а также проведена детальная диагностика его активной среды [13-17]. Проведенные исследования позволили разработать схему плазмохимических процессов, включающую объемные и гетерогенные реакции в активной среде отпаянного лазера. Данная схема процессов впервые позволяет количественно объяснить наблюдаемые в эксперименте изменения состава смеси рабочих газов СО-лазера в процессе горения разряда. В частности впервые были определены механизмы, обеспечивающие восстановление молекул СО в отпаянном разряде и измерены константы скоростей соответствующих реакций [14,16].

Исследования процессов с участием продуктов плазмохимических реакций, образующихся в активной среде лазера, и диагностика заселенностей отдельных колебательных уровней молекулы СО позволили определить возможные каналы релаксации колебательно-возбужденных молекул СО на продуктах плазмохимических реакций, что дало возможность уточнить модель активной среды лазера [15,17,18].

Как известно, характеристики отпаянного СО-лазера со временем ухудшаются за счет роста концентрации продуктов плазмохимических реакций и релаксации на них колебательно-возбужденных молекул СО. Проведенные в рамках данной работы исследования позволили разработать методы, способные понижать в активной среде концентрации вредных плазмохимических продуктов [14, 17, 19, 20], ухудшающих работу лазера. В частности, найдены способы регенерации деградирующей со временем активной среды, позволяющие длительное время поддерживать в разряде высокие заселенности колебательных уровней молекулы СО [20].

1. О.П.Бочкова, Н.В.Чернышева. Возбуждение молекул азота в высокочастотном разряде в смеси аргон-азот // Оптика и спектр. 1971. Т.31.

С.677-681.

2. О.П.Бочкова, Н.В.Чернышева, Ю.А. Толмачев. Удары второго рода в послесвечении разряда в смеси аргон-азот // Оптика и спектр. 1974.Т.36.

С.36-39.

3. Н.В. Чернышева, Ю.З. Ионих. Роль долгоживущих состояний молекулы азота в возбуждении состояния В3Пg в распадающейся плазме в смеси гелий – азот // Оптика и спектр. 1979. Т.47. С.67-72.

4. Е.Е. Иванов, Ю.З. Ионих, Н.П. Пенкин, Н.В.Чернышева. Метастабильные А3 молекулы N2 в газоразрядной плазме в смеси гелий-азот: измерение концентрации, процессы образования и разрушения // Химия выс.

энергий.1984, Т.18, С.159-164.

5. Ю.З.Ионих, Н.П.Пенкин, Н.В.Чернышева, О.Г.Ярцева. Исследование столкновительного перемешивания состояний В3П и А3 молекулы азота методом лазерной флуоресценции // Оптика и спектр. 1988. Т.65. С. 43-48.

6. Ю.З. Ионих, Н.В.Чернышева. Тушение нижних колебательных уровней состояния В3Пg молекулы N2 атомами гелия // Оптика и спектр. 1990. Т.68.

С.1025-1029.

7. Ю.З. Ионих, И.В. Кочетов, А.Л. Куранов, В.П. Певгов, Н.П. Пенкин.

Ионизационные процессы в плазме разряда в смесях окиси углерода с гелием. Письма в ЖТФ. 1979. Т. С.1145-1148.

8. Е.Е. Иванов, Ю.З. Ионих, Н.П. Пенкин, Н.В.Чернышева. Измерение констант скоростей тушения состояния а3П (v = 0,1,2,3) молекулы СО в собственном газе при различных колебательных температурах СО(1) // Оптика и спектр.1982/ Т.52. С.669-675.

9. Ю.З. Ионих, А.Л. Куранов, А.Н. Лобанов, А.С. Старенкова. Колебательное возбуждение молекулы СО в реакции СО*(а3)+СО СОv + СОv // Оптика и спектр.1986. Т.60. С.727- 731.

10. Е.Е. Иванов, Ю.З. Ионих, Н.П. Пенкин, Н.В.Чернышева. Процессы образования СО2 в разряде в cмесях Hе-СО и константа скорости реакции СО*+СОСО2+С // Хим. физика. 1988. Т.7. С.1694-1702.

11. Г.М. Григорьян, Ю.З. Ионих, Н.В.Чернышева. Исследование распределения интенсивности во вращательной структуре полос Свана молекулы С2 в послесвечении разряда в смеси СО-Не // Оптика и спектр. 1991. Т.70. С. 309 316.

12. Ю.З. Ионих, И.Н. Костюкевич, Н.В. Чернышева. Атомы углерода в газоразрядной плазме в смеси Не-СО (концентрация, время жизни, механизмы образования) // Оптика и спектр. 1993. Т.74. С.455-463.

13. Г.М. Григорьян, Ю.З. Ионих, В. Урбан, Ю.Г. Уткин //Физико-химические процессы в плазме электроразрядного СО-лазера // Сб. «Лазерные исследования в Санкт-Петербургском государственном университете», Санкт-Петербург, 2001 г., с.46.

14. Г.М. Григорьян // Исследование плазмохимических процессов в активной среде отпаянного СО-лазера // Сб. «Лазерные исследования в Санкт Петербургском государственном университете"» Санкт-Петербург, 2003 г., с.70.

15. Grigorian G.M. The influence of plasmachemistry on CO vibrational distribution in a carbon monoxide laser medium // Proc. SPIE ( XII Int. Symp. On Gas Flow and Chem. Lasers, Italy) V.4184, P.238, 2000.

16. Григорьян Г.М. Диссоциация и рекомбинация молекул СО и СО2 в плазме тлеющего разряда в смеси Не-СО // Труды Всоросс. Конф. ФНТП, 2001, С.86.

17. Грогорьян Г.М., Дятко Н.А., Кочетов И.В. // Новый механизм влияния Хе на концентрацию молекул СО2 в самостоятельном разряде СО лазера // Физ.плазмы, 2003, т.8, с.768.

18. Григорьян Г.М., Дятко Н.А., Кочетов И.В. // Исследование влияния ксенона на генерационные характеристики и параметры активной среды электроразрядного СО-лазера // Сб. «Лазерные исследования в Санкт Петербургском государственном университета», Санкт-Петербург, 2003.

19. Григорьян Г.М. Исследование изменения состава смеси отпаянного СО лазера // Трукды XII Съекзда по спектроскопии. Званигород, 2001, С.109.

20. Grigorian G.M., Kochetov I.V. Vibrational relaxation of CO molecules on complex carbon oxides prodused in DC discharge // VI Int. Seem. «Nonequel.

Proc. and Appl.» Minsk. 2003. P. А.И. Эйхвальд ЛАЗЕРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМЫ В середине 60-х годов в лаборатории нестационарной газоразрядной плазмы, руководимой А.М.Шухтиным, проводились поисковые исследования, направленные на создание новых активных лазерных сред. В группе, возглав ляемой А.С.Тибиловым, было открыто более 30 новых линий генерации в спектрах атомов Zn, Cd, Mg [1]. Генерация на этих линиях наблюдалась в ближнем послесвечении импульсного разряда в смесях паров этих металлов с неоном или водородом. Впоследствии, в 70-х годах, некоторые из открытых генераций с успехом применялись как источники накачки возбужденных уровней в парах этих металлов в экспериментах по измерению сечений передачи возбуждения атомов на соседние уровни при столкновениях [2].

Особо следует отметить лазер на смеси Na-H2 (линия 11403 А NaI), открытый в лаборатории в 1967 году [3], обладающий некоторыми уникальными особенностями. Первоначально генерация наблюдалась в коротком (до 8 мкс) импульсном разряде только на стадии протекания тока.

Ограничение длительности связывалось с выносом натрия из осевой части трубки под действием разряда. Пары натрия создавались разогревом кусочков металла, помещенных в разрядную трубку, с помощью внешней печки.

Усиление света в некоторых режимах было настолько большим, что наблюдалось сильное суперизлучение в отсутствие зеркал. Измерения с помощью интерферометра Фабри-Перо показали, что линия генерации имеет доплеровский сдвиг в спектре, свидетельствующий о движении атомов в сторону катода. Для генерации было необходимо присутствие в разрядной трубке водорода или дейтерия. Для объяснения механизма образования инверсии была выдвинута гипотеза о рекомбинации положительных ионов натрия и отрицательных ионов водорода, в результате которой селективно заселяется верхний уровень лазерного перехода. До настоящего времени эта гипотеза не получила убедительных подтверждений. Кроме натрий-водородного лазера ион-ионная рекомбинация рассматривается в литературе как механизм образования инверсии только в лазере на смеси гелий-водород.

В дальнейшем на основе методов создания высоких концентраций паров металлов в разрядном объеме, разработанных в лаборатории под руководством А.М.Шухтина, натрий-водородный лазер модернизировался с целью получения более длительной генерации. Для этого на внутреннюю поверхность разрядной трубки наносилось зеркальное покрытие из натрия. В рабочем режиме мощный длинный импульс тока обеспечивал срыв атомов натрия со стенок и интенсивное поступление паров в объем. Таким образом удалось довести длительность импульса генерации до 0.1 с [4]. Ограничение связано с энергетическими затратами – генерация наблюдается, когда величина разрядного тока не менее 200 А.

Кроме работ по поиску новых активных сред в лаборатории проводились работы, в которых лазеры использовались как инструмент для диагностики плазмы газового разряда [5]. Так в серии работ, проведенных в 70-х годах, изучались гидродинамические процессы, сопровождающие импульсный разряд в аргоне при давлениях 1-10 Тор. В одних экспериментах зарядная трубка зондировалась узким пучком He-Ne лазера. На выходе с помощью фотодиодного приемника регистрировалось изменение фотопотока, вызванное отклонениями лазерного пучка в поперечном направлении на неоднородностях плотности плазмы. Так, в частности, было установлено, что при пробое газа происходит образование радиальной гидродинамической волны с крутым фронтом (типа ударной), которая испытывает многократные отражения от стенок в своем радиальном движении [6]. В других экспериментах двухволновый He-Ne лазер ( = 0.63 и 1.15 мкм) использовался как осветитель интерферометра Рождественского, в одном из плеч которого устанавливалась разрядная трубка. Фотоэлектрические измерения сдвига интерференционной картины в двух длинах волн позволили измерять концентрацию нейтральных атомов и электронов плазмы на ранней стадии распада плазмы [7].Эти измерения вместе со спектроскопическими измерениями излучения плазмы выявили сложную картину гидродинамических и кинетических процессов в распадающейся аргоновой плазме.

1. Дубровин А.Н., Тибилов А.С., Шевцов М.Г. Генерация излучения на линиях Cd, Zn, Mg и возможности ее применения // Опт. и спектр. 1972, Т.32, Вып.6, С.1252-1253.

2. Гордеев С.В., Шевцов М.К. Исследование переходов между возбужденными уровнями кадмия при столкновениях с атомами инертных газов // Опт. и спектр. 1977, Т.42, Вып.5, С.1000-1002.

3. Тибилов А.С., Шухтин А.М. Исследование генерации излучения в смеси Na H2 // Опт. и спектр. 1968, Т.25, Вып.3, С.409-416.

4. Мишаков В.Г., Ткаченко Т.Л. Квазинепрерывная генерация излучения на 4s – 3p переходе атома натрия // Опт. и спектр. 1988, Т.64, Вып.3, С.489-492.

5. Скребов В.Н., Эйхвальд А.И. Исследование неоднородной плазмы импульсного разряда в аргоне с помощью лазерных методов диагностики // Опт. и спектр. 1976, Т.41, Вып.1, С.15-21.

6. Скребов В.Н., Эйхвальд А.И., Мохин-Блинов О.В. О формировании канала импульсного разряда в аргоне при средних давлениях // Опт. и спектр. 1978, Т.45, Вып.3, С.601-602.

7. Скребов В.Н., Эйхвальд А.И. Исследование акустических волн в распадающейся аргоновой плазме импульсного разряда // Теплофизика высоких температур 1979, Т.17, Вып.4, С.711-716.

А.З. Девдариани ИССЛЕДОВАНИЕ АТОМНЫХ СТОЛКНОВЕНИЙ В ЛАЗЕРНОМ ПОЛЕ Использование лазеров в физике столкновений привело к настоящему прорыву в экспериментах с возбужденными атомами и молекулами. Если в долазерную эпоху основной массив экспериментальных данных по столкновениям с участием возбужденных частиц был получен в условиях газовой ячейки, то в настоящее время, как правило, выполняются эксперименты с полностью определенными начальными и конечными состояниями реагентов и продуктов. Теоретический анализ таких «полных» экспериментов по столкновениям атомов основан на корректном описании дифференциального рассеяния атомов в определенных зеемановских состояниях. Естественной основой для описания подобных процессов при малых энергиях столкновений служит концепции радиационных переходов в квазимолекулах, т.е.

молекулярных образованиях, которые существуют только в течение столкновения атомов. При этом основная трудность расчета связана с необходимостью одновременного учета переходов между состояниями различных типов связи по Гунду при средних и больших межатомных расстояниях.

Главная особенность в теоретическом описании полных столкновений, которое принято в последние годы в Секторе спектроскопии атомно молекулярных столкновений кафедры оптики, состоит в развитии аналитического подхода к процессам столкновений [1-4]. Такой подход обеспечивает прежде всего понимание механизма той или иной реакции и позволяет изучить зависимость ее эффективности от внешних контролируемых параметров, например, энергии столкновения и угла рассеяния. Исходным для аналитического описания процессов пространственного рассеяния в лазерном поле является использование равномерного квазиклассического приближения [5], которое позволяет полностью решить описываемый круг задач в случае потенциалов отталкивания для взаимодействующих атомов.

Значительная часть работ по оптическим переходам в квазимолекулах была связана с описанием процессов рассеяния с участием атомов в метастабильных состояниях (из последних работ в этом направлении отметим [6,7], более ранние работы частично рассмотрены в обзорах [8,9]). С точки зрения физико-технических приложений такие состояния интересны тем, что часто выступают в качестве основного резервуара потенциальной энергии, с фундаментальной же точки зрения интерес к ним обусловлен именно сложностью описания радиационного распада таких состояний. Действительно, если, например, радиационный распад резонансных состояний может быть хотя бы приближенно описан в рамках модели с постоянной квазимолекулярной радиационной шириной, то для асимптотически запрещенных переходов такая модель принципиально ошибочна, поскольку вероятность обусловленных столкновениями оптических переходов намного превышает вероятность оптического перехода для запрещенных переходов в изолированных атомах.

Другое направление работ Сектора связано с теоретическим анализом различных элементарных процессов в лазерных средах, которые включают либо смеси инертных газов, либо смеси инертных газов и атомов II группы.

Некоторые итого этой работ суммированы в обзорах [10,11]. Из них следует отметить разработку метода эффективного гамильтониана для аналитического расчета термов возбужденных состояний двухатомных квазимолекул, составленных из атомов разных инертных газов или атома инертного газа и атома II группы. Полученные в таком подходе результаты существенно опередили полученные традиционными методами квантовой химии. Причина успеха связана с анализом новых схем связи моментов, которые дополняют известные типы связи по Гунду. Другой принципиальный результат связан с формулировкой и расчетом основных реакций передачи возбуждения, которые лежат в основе первых He-Ne газовых лазеров [12].

1. A.Devdariani, E.Tchesnokov, E.I.Dashevskaya, E.E.Nikitin, Quasiclassical study of differential inelastic scattering of oriented Ca(4s5p, 1P1) atoms on He // Phys.

Rev. A 57(6), 44-72 (1998).

2. А.З.Девдариани, Е.А.Чесноков, Равномерные формулы квазиклассического приближения в теории атомного рассеяния // Хим. Физика 17(6) 57- (1998).

3. А.З.Девдариани, Е.А.Чесноков, Оптическое столкновения и рассеяние атомов // Лазерные исследования в Санкт-Петербургском университете, Российский Центр Лазерной Физики, СПб, 150-165 (2001).

4. А.З.Девдариани, Е.А.Чесноков, Равномерное квазиклассическое описание неупругого рассеяния атомов в случае слабого экспоненциального взаимодействия двух квазимолекулярных состояний // Хим. Физика, 22(10), 65-89 (2003).

5. А.З.Девдариани, Неадиабатические переходы и спектры при атомных столкновениях в пределе слабой связи // ЖЭТФ 96(2) 472-485 (1989).

6. А.З.Девдариани, Ааа.Л.Загребин, Ф.Ребентрост, С.И.Церковный и Е.А.Чесноков, Квазимолекулярные оптические переходы, индуцированные столкновениями метастабильных атомов инертных газов с атомами в основном состоянии // ЖЭТФ, 122(3) 481-489 (2002).

7. A.Devdariani, T.Bichoutskaia, E.Tchesnokov, T.Bichouskaia, D.Crothers, E.Leboucher-Dalimier, P.Sauvon, P.Angelo, Semiclassical analytical approach to the description of quasimolecular optical transitions // J.Phys.B: At.Mol.Opt.Phys.

35(11), 2469-2475 (2002).

8. A.Z.Devdariani, Effects of collisions on forbidden transitions in atoms // Spectral Line Shapes, edited by R.Stamm and B.Talin (Nova Publishes, 1993) 235- (1993).

9. А.З.Девдариани, Излучение квазимолекул // Опт. спектр. 86(6) (1999).

10. A.Z.Devdariani, A.L.Zagrebin, and K.B.Blagoev, Interaction of noble gas atoms.

Processes due to elastic scattering // Ann.Phys.Fr. 14(5) 467-604 (1989).

11. A.Z.Devdariani, A.L.Zagrebin, K.B.Blagoev, Excitation transfer and intramultiplet transitions in collisions of He-Ne atoms at thermal energies // Ann.Phys.Fr. 17(5), 365-470 (1992).

12. А.З.Девдариани, А.Л.Загребин, Нерезонансная передача возбуждения в реакциях Не(2 1S, 2 3S) + Ne// ЖЭТФ 86(6) 1969-1980 (1984) А.А. Пастор, П.Ю. Сердобинцев ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОФОТОННЫХ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ В ГАЗООБРАЗНОЙ И КОНДЕНСИРОВАННОЙ ФАЗАХ Исследование процессов нелинейного взаимодействия УФ лазерного излучения с сжатыми и конденсированными инертными газами и простыми жидкостями позволяют пролить свет на природу низколежащих электронно возбужденных состояний в подобных системах. Такие исследования представляют интерес как для развития фундаментальных исследований электронной структуры в конденсированной фазе, так и в прикладном смысле, поскольку указанные системы могут использоваться в качестве активных сред для получения перестраиваемой генерации когерентного УФ излучения и в качестве нелинейных элементов для управления параметрами мощных импульсных лазеров УФ и ВУФ диапазона. В лаборатории лазерной спектроскопии и спектроскопии плазмы кафедры оптики в течение ряда лет проводятся исследования нелинейного взаимодействия излучения УФ импульсных эксимерных лазеров с растворами на основе жидкого ксенона и с жидким четыреххлористым углеродом. Исследованы процессы вынужденного рассеяния, сопровождающиеся двухфотонными процессами флуоресценции и диссоциации.

Исследования нелинейного взаимодействия УФ лазерного излучения с веществом проводятся на созданном сотрудниками нашей группы лазерно спектроскопическом комплексе, содержащем два синхронизованных эксимерных лазера (XeCl и KrF), перестраиваемый лазер на красителе и оптический многоканальный анализатор на базе спектрографа ДФС-8.

Исследованные нами процессы вынужденного обратного рассеяния (ВР) лазерного излучения в жидком ксеноне и в растворах на его основе, а также в некоторых органических растворителях, обладают целым рядом особенностей, отличающих это рассеяние от известного вынужденного рассеяния Мандельштамма-Бриллюэна (ВРМБ).

Прежде всего, вынужденное обратное рассеяние в большинстве изученных систем сопровождается двухфотонной флуоресценцией или же двухфотонной диссоциацией [1,2]. Следовательно, процессы четырехволнового взаимодействия, приводящие к вынужденному обратному рассеянию в рассмотренных системах, имеют квазирезонансный характер, причем, в отличие от процесса ВРМБ, резонанс обусловлен возбуждением электронных степеней свободы рассеивающей среды. Дополнительным свидетельством в пользу гипотезы об электронной природе наблюдаемого нами ВР являются исследованные нами зависимости интенсивности процесса от состава смеси газов в системе ксенон-аргон [3], свидетельствующие о существенной роли электронно-возбужденных состояний гетеронуклеарных молекул в формировании ВР.

Следует отметить, что ВР вблизи двухфотонных резонансов в сжатых газах и конденсированных средах обладает целым рядом отличительных свойств, позволяющих повысить эффективность нелинейных элементов лазерной оптики на основе данного эффекта по сравнению с известными ВРМБ зеркалами. Прежде всего, малые времена релаксации электронных степеней свободы обеспечивают получение эффекта ВР без предварительного сужения спектра возбуждающего лазерного излучения. Эта особенность существенно упрощает построение лазерной системы и позволяет реализовать однокаскадный вариант, без применения схемы «задающий генератор – усилитель» [4].

Проведенные исследования характеристик ВР при нелинейном взаимодействии УФ излучения эксимерных лазеров с растворами на основе жидкого ксенона и с жидким четыреххлористым углеродом вблизи двухфотонного резонанса показали, что нелинейная восприимчивость указанных сред достаточна для достижения коэффициента отражения более 0. при интенсивности излучения накачки до 1010 Вт/см2. Эти исследования позволили нам получить генерацию эксимерного XeCl лазера в резонаторе, образованном обычным плоским зеркалом и нелинейным ВР-зеркалом. При этом расходимость лазерного излучения не превосходила 0.3 миллирадиана, что практически совпадает с дифракционным пределом. Использование ВР-зеркала, работающего на эффекте отражения от свободной поверхности жидкого четыреххлористого углерода позволило сократить длительность импульса генерации XeCl лазера до 2 наносекунды. Важно также отметить, что ВР зеркало сохраняет работоспособность при интенсивности лазерного излучения не менее 1011 Вт/см2 в диапазоне длин волн лазерного излучения 0.2 – 0. микрона.

1. Andrukhiv V.I., Bertsev V.V., Bureiko S.F., Pastor A.A., Serdobintsev P.Yu., “Studies of XeO and XeS Fluorescence under Two-Photon Laser Excitation”, Proc. of the XXIX Colloq. Spectr. Int., 1995, Leipzig, Germany, p.237.

2. Bertsev V.V., Bureiko S.F., Keller A.A., Pastor A.A., Serdobintsev P.Yu., “The Study of the Stimulated Light Scattering Accompanied with a Two-Photon Dissociation in a Liquid Ethanol at 308 nm and 248 nm”, Proc. of the Annual Symposium of the IEEE/LEOS, Univ. Of Twente, Netherlands, 1999.


3. Bertsev V.V., Pastor A.A., Bulanin M.O., “Stimulated Scattering of XeCl and KrF Excimer Laser Radiation by Inert Gas Fluids”, Optics Communications, vol. 77, No 1, pp 71-74, 1990.

4. Берцев В.В., Бурейко С.Ф., Карклит А.Ю., Пастор А.А., Сердобинцев П.Ю.

«Определение нелинейного вклада в рефракцию сжатого ксенона на = нм методом самодифракции», Опт. и спектр., т.86, № 6, стр.929-932, 1999.

А.Н. Ключарев, Н.Н. Безуглов ФОТОННО И ЭЛЕКТРОННО СТИМУЛИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПЛАЗМЕ Возбуждение атомов электронным ударом широко применяется для получения сред с инверсной заселенностью. Одной из задач, поставленных в шестидесятые годы прошлого века С.Э. Фришем, который внимательнейшим образом следил за ходом развития лазерных исследований, было получение экспериментальных данных о сечениях электронного возбуждения инфракрасных линий в парах металлов. В послесвечении и в высокочастотном разряде в чистых парах ртути и в смеси ртути с инертными газами к тому времени была наблюдена генерация на длине волны 1529.0 нм.

С постановкой измерений в ИК области спектра в то время была связана и фундаментальная проблема влияния каскадных переходов на экспериментально измеряемые оптические функции возбуждения спектральных линий – проблема, впервые поставленная С.Э. Фришем и И.П. Запесочным [1].

Эксперимент проводился в плазме положительного столба слаботочного разряда низкого давления, условия электронного возбуждения атомов в котором должны коррелировать с аналогичными данными, полученными в условиях электронной пушки.

Основные экспериментальные данные были получены при использовании методов ИК спектроскопии для количественных измерений яркости спектральных линий спектров Na, Cs, Zn, Cd, Hg в диапазоне длин волн 1000-3500 нм.

Оказалось, что в газоразрядной плазме низкого давления заселение 73S состояния ртути более чем на 80% происходит за счет каскада с верхних уровней, причем по каналу ИК переходов с Бейтлеровских уровней (=1529. нм), на котором наблюдалась генерация, происходит около 25% суммарного каскадного заселения. В условиях эксперимента [2] множитель giNk/gkNi для пары уровней 5d9 3P2o/73S1 равен 2.3, т.е. больше 1.

Интересно также отметить, что роль каскадного заселения резонансных 3 Р уровней Na в плазме относительно невелика (20%), что обусловлено чрезвычайно большими значениями эффективных сечений возбуждения резонансных уровней. Наоборот, для уровня 42Р, сечение прямого электронного возбуждения мало, роль каскадных переходов велика – число актов его каскадного заселения почти совпадает с полным числом актов его возбуждения.

В то же время каскадное заселение нижних 2S и 2P уровней Na значительно меньше и не превышает 30-40% [3].

Вторым по времени после гелий-неонового лазера был лазер на парах цезия при селективном оптическом возбуждении верхнего 82Р1/2 состояния [4].

В работе [5] были приведены экспериментальные данные абсолютных измерений яркости линий спектра флуоресценции паров цезия (=455.5-1469. нм) возбуждаемых светом цезиевого дублета =455.5-459.3 нм. В условиях эксперимента (концентрация нормальных атомов No=3·1012см-3 и эффективной мощности оптического возбуждения порядка 10-5 Вт·см-2) множитель giNk/gkNi для пары уровней 72Р3/2 и 72S1/2 равен 2.5. Тем самым была показана возможность получения инверсной заселенности 72Р уровней по отношению к нижележащим уровням, что и было подтверждено впоследствии в независимом эксперименте.

В связи с развитием лазерных методов исследований (в том числе и лазерного разделения изотопов) в начале 70-х годов повысился интерес к изучению процессов фотоионизации возбужденных атомов.

Поэтому был поставлен и выполнен цикл работ по измерению пороговых значений сечений фотоионизации 62Р, 52Р резонансных уровней Cs и Rb и расчету значений этих сечений в диапазоне 5n13 для состояний с l=1,2. Это были первые эксперименты по прямому измерению сечений фотоионизации из возбужденных состояний атомов [6].

Сам факт протекания электрического тока через объем с газом не является обязательным условием существования плазмы – хорошо известны, например, случаи пробоя газа сфокусированным излучением твердотельных лазеров с модулированной добротностью и пиковой мощностью в десятки мегаватт.

Однако вплоть до конца 60-х годов практически неисследованным оставался промежуточный диапазон напряженностей полей облучения, когда, с одной стороны, еще не могут проявляться процессы «лазерной» ионизации с присущими им высокими степенями нелинейности в зависимости от выхода заряженных частиц от интенсивности облучения, но, с другой стороны, фотопроцессы ионизации с участием оптически возбужденных атомов существенным образом меняют свойства самой среды.

Знание вероятностей оптических переходов лежит в основе любого анализа процессов с участием возбужденных атомов. При проведении оптической диагностики возбужденных сред приходилось пользоваться результатами специально поставленных экспериментов и расчетов вероятностей оптических переходов в щелочных атомах [6].

Работы, проводимые в группе С.Э. Фриша, по исследованию элементарных процессов ионизации в оптически возбужденных парах цезия [7] и получению инверсной заселенности в возбужденных парах цезия и работы украинских физиков в группе Н.Д. Моргулиса [8] привели к появлению в литературе нового термина «фоторезонансная плазма», относящегося к принципиально иному явлению по отношению к случаям лазерного пробоя и непрерывного оптического разряда, поддерживаемого лазерным излучением. В 1991 г. Киевский и Санкт-Петербургский университет подали заявку на научное открытие «Явление образования фоторезонансной плазмы», которое было подтверждено Международной Ассоциацией авторов научных открытий (заявка на открытие № ОТ-12134 от 06.05.1991 г.) со следующей формулировкой:

«Экспериментально установлено неизвестное ранее явление образования фоторезонансной плазмы, заключающееся в том, что при облучении вещества в газовой среде светом c частотами равными частотам оптических переходов в атомах, происходит столкновительная ионизация электронами, получившими добавочную кинетическую энергию ударами второго рода» [9].

Заметим, что эти работы в корне изменили существовавшее ранее представление о том, что оптическое возбуждение является универсальным селективным методом возбуждения атомных состояний в газовой фазе.

В работе [10] приведены результаты использования механизма ассоциативной ионизации оптически возбужденных атомов ртути для создания предыонизационного объемного самостоятельного разряда в азоте при давлениях газа порядка атмосферного. Эффективность предлагаемого метода предыонизации оказалась много выше (в терминах „электрон на единицу мощности облучения” – на 2-3 порядка) эффективности традиционно используемого способа предыонизации УФ излучением.

Специфические проблемы создания и исследования фоторезонансной плазмы и фотопроцессов столкновительной ионизации имеют много общего с аналогичными проблемами оптогальванической спектроскопии, находящей широкое применение для регистрации малых примесей в газах, стабилизации частоты лазеров на красителях и детектирования излучения [7]. Так, на базе действующей экспериментальной установки по исследованию лазерно стимулированных атомно-молекулярных столкновений атомов субтепловых энергий [10] в отделе оптики и спектроскопии были разработаны проекты лазерно-ионизационного масс-спектрометра для экологического контроля промышленных технологий и установки лазерного разделения изотопов на основе процессов хемоионизации возбужденных атомов защищенной авторскими свидетельствами на изобретение. Эти методики основывались на результатах экспериментальных исследований процессов хемоионизации, на несколько лет опередивших постановку аналогичных исследований за рубежом.

Следует сказать о новом, так называемом, «диффузионном» подходе к столкновительной ионизации возбужденных атомов, предложенном впервые в [11]. Процесс потери электрона возбужденной квазимолекулой, образующейся в атом-атомном столкновении, приводит к образованию активных радикалов. Эти процессы, приводящие к ионизации оптически возбужденных атомов, можно рассматривать как прототип элементарного процесса перехода энергии излучения в электрическую. Конкретный механизм «диффузионной» модели [11] был пред-ложен позднее в [12].

Показано, что даже при однократном столкновении атомов в субтепловом диапазоне энергии явления хаоса в приближении квазиклассической механики могут играть существенную роль [12].

В [14] рассматривалась возможность использования в малотоннажных производствах изотопов для целей медицины, фармакологии, биологии и т.д.

лазерно стимулированных процессов ассоциативной ионизации. Проведенные оценки показывают, например, что для случая природной смеси изотопов рубидия предлагаемая здесь методика приводит к селективности процесса обогащения порядка 30%.

1. Фриш С.Э., Запесочный И.П. Определение функций возбуждения энергетических уровней ртути по оптическим функциям возбуждения.

//Докл. АН СССР, сер.физ.1954. Т.95. С.971.

2. Фриш С.Э., Ключарев А.Н. Роль каскадных переходов при возбуждении уровня 73S1 ртути. //Оптика и спектр. 1967. Т.22. С.174.

3. Фриш С.Э., Ключарев А.Н. Роль каскадных переходов при возбуждении линий натрия. //Оптика и спектр. 1967. Т.23. С.502.

4. Jacobs S., Gould G., Rabinowitz P.Coherent lightamplification in optically pumped Cs-vapor. //Phys.Rev.Lett. 1961. V.7. P.415.

5. Ключарев А.Н. Получение инверсии заселенностей при оптическом возбуждении 72P–уровня цезия. //Оптика и спектр. 1968. Т.24. С.289.

6. Девдариани А.З., Ключарев А.Н. Силы осцилляторов переходов в дискретном и сплошном спектрах с возбужденных уровней щелочных атомов. // Журн.прикл.спектроскопии. 1979. Т.30. С.197.

7. Ключарев А.Н. Процессы хемоионизации. //Успехи физ. наук. 1993. Т.163.


С.39.

8. Моргулис Н.Д., Корчевой Ю.П., Пржонский А.М. Получение цезиевой плазмы методом облучения резонансной радиацией и некоторые ее физические свойства. //Журн.экспер. и теор.физ. 1967. Т.53. С.417.

9. Ключарев А.Н., Корчевой Ю.П., Моргулис Н.Д., Пржонский А.М., Рязанов Н.С. Явление образования фоторезонансной плазмы. Диплом на научное открытие № 106.

10. Бородин В.М., Добролеж Б.В. Ключарев А.Н., Цыганов А.Б. Исследование процессов ионизации при субтепловых столкновениях n2P атомов рубидия между собой и с нормальными атомами. Оптика и спектр. 1995. Т.78. С.20.

11. Девдариани А.З., Ключарев А.Н., Пенкин Н.П., Себякин Ю.Н.

Диффузионный подход к процессу столкновительной ионизации возбужденных атомов. //Оптика и спектр. 1988. Т.64. С.706.

12. Безуглов Н.Н., Бородин В.М., Ключарев A.Н., Орловский К.В., Аллегрини М. Расчет констант хемоионизации ридберговских атомов при субтепловых взаимодействиях. //Оптика и спектр. 1997. Т.82. С.334.

13. Bezuglov N.N., Borodin V.M., Klucharev A.N., Matveev A.A. Stochastic dynamics of a Rydberg electron during a single atom-atom ionizing collision.

//Russian Journal of Physical Chemistry 2002. V.76. Suppl. P.S27.

14. Безуглов Н.Н., Бородин В.М., Ключарев A.Н., Матвеев А.А. Лазерные технологии изотопного разделения, основанные на столкновительных механизмах ионизации селективно возбужденных атомов. В кн. Лазерные исследования в Санкт-Петербургском государственном университете. Изд во Санкт-Петербург. 2003. Вып.2 С.226.

Н.Н. Безуглов, А.Н. Ключарев ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА ИЗЛУЧЕНИЯ В ОПТИЧЕСКИ ПЛОТНЫХ СРЕДАХ В процессе образования фоторезонансной плазмы очень важную роль играет явление переноса резонансного излучения, определяющее существенным образом пространственные и кинетические характеристики ансамбля возбужденных частиц, а также времена образования и распада самого ансамбля в нестационарных случаях – ситуация, характерная для газовых сред, возбуждаемых светом мощного лазерного импульса. Развитие техники лазерного охлаждения выявило новую практически важную сторону пленения излучения в магнитно-оптических ловушках, где рассеяние фотонов препятствует получению высоких концентраций и низких температур охлаждаемых атомов.

Разнообразные процессы переноса энергии занимают центральное место в задачах атомной спектроскопии, астрофизики, физики плазы. Для описания кинетики газовых сред, обусловленной столкновительными процессами, применяется аппарат дифференциальных уравнений типа Фоккера-Планка. При исследованиях радиационной кинетики приходится анализировать другой класс интегро-дифференциальных уравнений [1,2], известных как уравнения Бибермана-Холстейна-Пайна (БХП). Последние связаны с явлением пленения резонансного излучения и оказываются существенно шире по охвату физических задач, чем общепринятые диффузионные уравнения. Из-за расходимости средней длины свободного пробега фотона, уравнения пленения излучения в частотах атомарных линий описывают коллективное (интегральное по пространственному объему) дальнодействующее взаимодействие атомов и принципиально не могут быть сведены к локальным дифференциальным уравнениям [1].

В отделе оптики и спектроскопии был разработан нетрадиционный подход для решения задач радиационнй кинетики, базирующейся на оригинальной классификации интегральных уравнений пленения излучения как уравнений, аналогичных по форме уравнению Шредингера [3,4]. Подобная классификация составляет содержание метода обобщенных волновых уравнений (МОВУ), который сопоставляет конкретному линейному интегральному уравнению пленения для исследуемой поглощающей среды классическую гамильтонову систему. Одновременно МОВУ вводит понятие ассоциированной квазичастицы, динамические характеристики которой следуют из гамильтоновых уравнений движения. Кинетическая и потенциальная энергия квазичастицы определяются спектральными характеристиками газовой среды и процессами безызлучательного девозбуждения в ней соответственно.

Главный результат МОВУ сводится к утверждению, что интегральные уравнения БХП можно трактовать как квантовую задачу для описания волнового движения квазичастицы [4]. Так например, решение спектральной проблемы, т.е. нахождение полного набора мод и соответствующих модам эффективных констант радиационного затухания (факторов пленения по Холстейну) для уравнений БХП, дается процедурой канонического квантования для квазичастицы. При этом собственные волновые функции квазичастицы, запертой в объеме среды, совпадают с модами уравнения пленения, а ее квантованные значения энергии определяют весь спектр констант затухания мод. В простейшем случае одномерных геометрий общая спектральная проблема оказывается разрешимой с помощью простых и четко мотивированных [3] правил квантования типа Бора-Зоммерфельда.

Содержательный момент МОВУ связан с предоставляемой им возможностью использования современных теоретических методов квантовой механики для получения решений разнообразных проблем переноса лучистой энергии. Это было продемонстрировано на ряде примеров в цикле работ нашей группы. Так, в [3,5] произведена адаптация (получившая название метода геометрического квантования – МГК) квазиклассического (коротковолнового) приближения для исследования режима послесвечения, что позволило единым образом дать количественное описание полного набора эффективных радиа ционных констант (факторов пленения) для широкого класса контуров линий и геометрий кювет с произвольным значением оптических толщин. МГК оказался также полезным инструментом при анализе радиационного канала обмена энергией атомов в газодинамическом пучке [6].

Формализм МГК представляет возможность простыми средствами получать аналитические представления для средних чисел рассеяния первичных фотонов лазерного излучения.

Важными с практической точки зрения системами являются низкотемпе ратурные плазмы с конденсированной дисперсной фазой (КДФ) в связи с их использованием в двигательных и энергетических установках на твердых и жидких топливах. Так, например, поток ионизированного газа с испаряющимися каплями щелочного металла может служить рабочим телом в импульсных МГД-генераторах [7]. Динамика подобной многофазной системы должна рассматривать процессы обмена лучистой энергии между средой носителем и макро/микрочастицами вещества. С позиций МОВУ, эффективные константы скорости соответствующей радиационной кинетики определяются квантовыми свойствами квазичастицы, помещенной в трехмерный “биллиард”.

Последний образован упруго отража-ющими поверхностями в виде границы газа-носителя и поверхностей случайно распределенных шаров – частиц КДФ [8], т.е. является разновидностью т.н. биллиарда Синая. Как показали исследования нелинейной физики последних десятилетий, движение квазичастицы в биллиарде Синая обладает свойствами сильной траекторной неустойчивости и должно описываться методами стохастической динамики [9].

Одновременно с этим, исследования в области проблематики квантования хаотических систем выработали аппарат разрешения квантовой спектральной задачи в рамках квазиклассического приближения [10]. Следовательно, МОВУ с помощью МГК также предоставляет возможность проводить количественный анализ характеристик оптического излучения в сложных многофазных, пространственно-неоднородных поглощающих средах.

Интересным проявлением эффекта захвата фотонов является субрадиационный распад сигнала флуоресценции в экспериментах по получению импульсной фотоплазмы при частичном просветлении поглощающей среды лазерным импульсом [11-13]. Суть явления заключается в очень быстром спаде (с константой затухания существенно превышающей радиационную) интенсивности флуоресценции сразу после выключения накачивающего излучения и связано с тем, что пленение излучения играет роль своеобразного оптического затвора. Описание экспериментальных сигналов связано с решением нелинейных нестационарных задач пленения и для плоских геометрий кюветы за счет привлечения техники эквивалентных оптических толщин, предложенной В.А. Амбарцумяном. В работах [3,5] были также предложены коррекции метода на случай криволинейных поверхностей кювет, что является практически важным результатом в силу широкого внедрения магнитно-оптических сферических ловушек в практику современного эксперимента [6]. Таким образом, группе российских, итальянских, австралийских и польских ученых удалось объяснить удивительный на первый взгляд экспериментальный факт, когда эффективное время выхода резонансного изучения при импульсном лазерном возбуждении среды может стать короче естественного времени жизни возбужденных частиц.

1. Биберман Л.М., Воробьев В.С., Якубов И.Т. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы. М., Наука, 1982, 375 с.

2. Molisch A.F., and Oehry B.P. Radiation Trapping in Atomic Vapours, Oxford University Press, 1998, 438 p.

3. Bezuglov N.N., Molisch A.F. et al. Solution of the Holstein equation of radiation trapping by the geometric quantization technique. II. Two- and three- dimensional geometries //Phys.Rev.A. 1999. V.59. P.4340.

4. Безуглов Н.Н., Таратин Б.В. Эталонные уравнения в задачах радиационной кинетики газовых сред. //Опт. и спектр. 1999. Т.86. с.360.

5. Bezuglov N.N., Molish A.F. et al. Solution of the Holstein equation of radiation trapping in one- dimensional geometries by the geometric quantization technique //Phys.Rev.A, 1998. V.57. P.2612.

6. Bezuglov N.N., Ekers A., Kaufmann O., Bergmann K. et al. Dramatic velocity redistribution of excited atoms by radiative excitation transfer II. Theory of radiation trapping in collimated beams. //J.Chem.Phys. 2003. V.119. No.14, p.

7094.

7. Асадуллина Р.И., Безуглов Н.Н., Ключарев А.Н., Сепман В.Ю. Перенос излучения и проблемы оптической диагностики плазмы с жидкостно металлической дисперсной фазой. //Опт.и спектр. 1994. Т.76. с.572.

8. Безуглов Н.Н., Казанский А.К., Ключарев А.Н. и др. Об учете влияния частиц конденсированной дисперсной фазы на перенос лучистой энергии в газовых средах //Опт. и спектр. 2003. Т.95. с.665.

9. Заславский Г.М. Стохастичность динамических систем. М., Наука, 1984, с.

10. Reichl L.T. The transition to Chaos: In Conservative Classical System: Quantum Manifestations. Springer-Verlag, New York 1992, 551 p.

11. Безуглов Н.Н., Ключарев А.Н., Стасевич Т. Фотоплазма оптически возбужденных паров металлов. //Оптика и спектр. 1994. Т.77. С.342.

12. Bezuglov N.N., Klucharev A.N., Taratin B., Stacewicz T., Molisch A.F., Fuso F., Allegrini M. Radiation trapping in an alkali-vapor-noble-gas mixture excited by a strong laser pulse. //Optics Communications. 1995. V.120. P.249.

13. Bezuglov N.N., Klucharev A.N., Molisch A.F., Allegrini M., Fuso F., Stacewicz T. Nonlinear radiation trapping in an atomic vapor exited by a strong laser pulse.

//Physical Review E. 1997. V.55. P.3333.

В.С. Егоров, И.А. Чехонин КОГЕРЕНТНАЯ ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ И ИСТОЧНИКИ КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С СИЛЬНОЙ СВЯЗЬЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ – ВЕЩЕСТВО Систематические исследования по изучению спектров пропускания (поглощения, усиления) при когерентном взаимодействии кратковременного импульса когерентного излучения с резонансно поглощающей средой начались на кафедре оптики с середины 60-х годов, вскоре после появления лазеров. При этом с самого начала был использован опыт работы, приобретенный в ходе изучения плазмы импульсного разряда и импульсных газовых лазеров, полученный в лаборатории нестационарной плазмы А.М.Шухтина. Были проведены эксперименты по взаимодействию кратковременного импульса когерентного излучения (суперизлучения) с резонансно поглощающей плазмой, содержащей метаста-бильные атомы. При этом впервые было показано, что это взаимодействие обнаруживает характерные черты когерентного распространения короткого импульса суперизлучения через резонансно поглощающую среду. Был обнаружен эффект сильной фазовой модуляции несущей частоты импульса суперизлучения, сопровождающийся «отталкиванием» этой частоты от резонанса по мере распространения импульса через поглощающее вещество. Зарегистрированы эффекта характерного изменения формы импульса при его распространении. Впервые была предложена и обоснована физическая модель формирования излучения импульсного самозапирающегося лазера на неоне с длиной волны 614,3 нм, которая при определенных условиях возбуждения разряда предполагает возникновение импульса когерентного спонтанного излучения в ограниченной области разряда и его последующей трансформации при распространении через неоднородную в пространстве и времени плазму.

В дальнейшем описываемое направление исследования привело к получению существенно новых научных результатов в рамках изучения процесса когерентного распространения коротких импульсов лазерного излучения в оптически плотных, протяженных и резонансно поглощающих средах, в том числе, и к экспериментально обнаруженному эффекту так называемой «сверхпрозрачности» вещества.

С целью реализации новых методов лазерной диагностики впервые были выполнены эксперименты по диагностике распадающейся плазмы импульсного разряда, содержащей метастабильные атомы, методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии с использованием лазера на красителе (ВРЛС). При этом была показана существенная роль для этого способа диагностики вещества когерентных и коллективных эффектов взаимодействия когерентного излучения с плотной поглощающей средой. С использованием специально разработанного для этой цели двухволнового лазерного спектрометра по усилению пробного луча обнаружены комбинационные тона резонансной поляризации в окрестностях атомного резонанса. Эти резонансы интерпретированы как проявления эффектов комбинационного рассеяния на характерных движениях заселенностей поглощающей среды. На основании экспериментально наблюденных осциллирующих зависимостей сигнала поглощения от концентрации поглощающих атомов и от длины резонатора показана принципиальная возможность возникновения двух типов спектров поглощения при ВРЛС с широкополосной накачкой – неколлективного и коллективного.

Представление о важной роли коллективных явлений при ВРЛС с широкополосной накачкой было использовано для объяснения ряда эмпирических закономерностей, характеризующих явление так называемой «конденсации спектра» при ВРЛС с широкополосной накачкой. На основании совокупности полученных экспериментальных данных был обоснован новый механизм генерации в условиях ВРЛС с широкополосной накачкой – параметрическое возбуждение коллективных движений вещества (сверхнутация), сопровождающихся возникновением стационарных волн. В сущности, начиная с этого момента времени, в обиход лазерной физики был введен новый механизм получения когерентного излучения, который в дальнейшем получил название параметрического возбуждения сильной связи электромагнитного поля и резонансного вещества. Этот механизм тесно связан с таким понятием, как спонтанная когерентность в процессах взаимодействия электромагнитного поля и оптической плотности резонансной среды.

Представление о спонтанной когерентности вытекает из существования так называемой оптической плазменной частоты. Эта частота в явном виде входит во многие формулы оптики и, в частности, в формулы теории переноса резонансного излучения в оптически плотных средах. Физический смысл оптической плазменной частоты определяется конкретными условиями опыта и поэтому в литературе встречается различная терминология по отношению к указанному параметру (пространственно-временной масштаб спонтанной когерентности, частота обмена энергией осцилляторов поля и вещества, константа связи осцилляторов поля и вещества, кооперативная частота, частота сверхнутаций, частота самоиндуцированных Раби-осцилляций). В отсутствии процессов некогерентной релаксации и внешнего электромагнитного поля оптически плотная резонансная среда испытывает кооперативные флуктуации мезоскопических дипольных моментов (некоррелированный на макроскопических масштабах пространства – времени «оптический звон») под влиянием тепловых фотонов и флуктуаций поля электромагнитного вакуума.

Появление внешнего (управляющего) электромагнитного поля приводит к целому ряду явлений, обусловленных, в частности, фазовой синхронизацией отдельных мезоскопических дипольных моментов и возможностью их параметрической раскачки вследствие модуляции коэффициента связи «поле – вещество».

В конечном счете, нами проведены теоретические и экспериментальные исследования проявления кооперативных эффектов (явлений, связанных с существованием сильной связи электромагнитное поле – вещества) в оптически плотных резонансных средах без инверсии заселенностей. К ним относятся:

а) усиленные резонаторов кооперативные явления взаимодействия света и вещества, сопровождающиеся возникновением «скрытых мод» поляризации и проявления «параметрического демпфирования»;

б) «конденсация спектра» генерация многомодового лазера с внутрирезонаторной узкополосной поглощающей ячейкой как пример параметрического возбуждения кооперативных явлений взаимодействия света и вещества и самоорганизации системы «оптическая плотная резонансная среда без инверсии заселенностей + электромагнитное поле». При этом существует определенная связь наблюдаемых эффектов с проявлениями квантовой электродинамики резонаторов («саморасщепление» резонансного перехода под влиянием вакуумных осцилляций Раби);

в) эксперименты по когерентному усилению полихроматического квазишумового излучения в оптически плотных средах – возникновение структурированных спектров пропускания и усиления, явления динамической самоорганизации при распространении пробной волны в условиях парамет рического усиления в оптически плотных резонансных средах;

г) кооперативные явления при взаимодействии излучения оптически плотной резонансной среды без инверсии заселенностей с ОВФ зеркалом.

Рассматриваемые явления могут быть использованы с целью получения ультракоротких импульсов когерентного излучения, источников когерентного излучения с неклассической статистикой поля («фотонные пары»), новых схем получения генерации в различных спектральных областях, в том числе с использованием микрорезонаторов. Можно показать также, что оптически плотная среда из двухуровневых атомов при определенных условиях (управляющее поле много меньше по своей величине оптической плазменной частоты, некогерентные потери отсутствуют) обладает громадными показателями преломления для групповой скорости волн, что может быть использовано в ряде приложений. Наконец, на основе анализа собственных и литературных данных можно определенно утверждать существование тесной связи обсуждаемых явлений в газовой фазе с аналогичными эффектами в оптике твердого тела и, в частности, с процессом усиления и генерации поляритонов.

В заключение хотелось бы подчеркнуть то обстоятельство, что в получении изложенных результатов принимали участие многие люди, в разное время участвовавшие в работе и внесшие значительный вклад в формирование нового научного направления. К ним относятся Зацерковник (Реутова) Н.М., Пастор А.А., Борисов В.Б., Шубин Н.Н., Васильев В.В., Федоров А.Н., Мехов И.Б., Сердобинцев П.Ю., Морошкин П.В. и др. [1-23]. Выполнение работы было бы практически невозможно без поддержки академика Багаева С.Н.

1. В.С.Егоров, А.С.Тибилов Некоторые замечания по поводу процессов в распадающейся плазме импульсного разряда на смеси гелий-неон в условиях генерации. // Опт. и спектр. Т.18, стр.719-721, 1965.

2. В.С.Егоров, Г.А.Плехоткин. Импульсный разряд в неоне, обладающий суперизлучением, как источник света в методе поглощения // Опт. и спектр.

Т.26, с.515-518, 1969.

3. В.С.Егоров, А.А.Пастор, П.Ю.Сердобинцев, Спектроскопическое исследование методом поглощения импульсного поперечного разряда в неоне с наносекундным временным разрешением. // Вестн. ЛГУ №16, стр.101-103, 1973.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 9 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.