Способ внутрирезонаторной абсорбционной спектроскопии

Способ внутрирезонаторной абсорбционной спектроскопии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е (»)788923

И ЗО ВРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Гесп иик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заяв;.епо 26.01.79 (21) 2717320/18-25 (51) М.Кл " 6 01 J 3/42 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.03.82. Бюллетень М 12

Госудерстеееязй комитет (53) УДК 535.34 (088.8) go моем и:обретений и аткр|тий (45, Дата оп бликования описания 30.03.82 (72) Лвторы изоорете.гня

A. П. Войтович и В. В. Маш <о

Ордена Трудового Красного Знамени

Институт физики AH Белорусской ССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВНУТРИРЕЗОНАТОРНОЙ

ABC0PBIl,È0HH0A СПЕКТРОСКОПИИ

Предложенное техническое решение относится,к области лазерной спектроскопии.

В частности оно,может быть использовано для обнаружения слабых линий поглощения (усиления) и определения малых значений коэффициентов поглощения.

Известен способ абсорбционной спектроскопии (11. При этом через исследуемую среду пропускают зо ндирующее излучение на частоте линии поглощения и регистрируют его интенсивность до входа в исследуемую среду и .на выходе из нее. Оптическую плотность среды иа частоте излучения определяют на основании закона Бугера, сравнивая энергетические характеристики падающего и прошедшего через среду излучения.

Недостатком способа является низкая чувствительность и .в связи с этим необходимость использования при достаточно малом поглощении сред больших оптических длин (объемов).

Наиболее близким ло технической сущности является способ внутрирезонаторной. абсорбыионной спектроскопии (2), основанный на помещении исследуемой среды:в ре.зонатор лазера,:изиерении отношения глубины провала в интенси в ности генерируе.мого излучения на частоте линии лотлощения к интенсивности излучения в окрест.ностях провала.

Недостатком этого слоооба является недостаточная для решения ряда задач чувст.вительность.

Цель изобретения — ловышение чувствительности способа внутрирезонаторной абсорбционной спектроскопии.

Цель достигается тем, что создают потери резонатора, различные для волн с ортогональными линейными поляризациями, путем внесения в резонатор элемента, обладающего линейной амплитудной анизотропией, на исследуемую ореду накладывают магнитное:поле, величина которого обеспечивает зеемановское расщепление ко нтура линии поглощения порядка его ширины, причем направление поля,не совпадает с главными направлениями элемента.

20 На исследуемую среду накладывают поперечное магнитное лоле, причем направление поля составляет угол 45 с главными направлениями элемента, создающего линейную амплитудную аннзопропию.

На фнг. 1 изображека схема, поясняющая способ, случай использования про- дольного мапнитного лоля; на фиг. 2 — то же, поперечного магнитного поля (поле обозначено стрелками) .

Схема содержит зеркала 1, образующие резонатор лазера на красителе, активный элемент 2 (кювета с красителем), поляризато р 3, поглощающая ячейка 4,,помешенная в полость соленоида, создающего .магнитное поле, опектраграф 5. Поля ризато р 3 выполняет фу ницию элемента, вносящего линейную амплитудную анизотропию. Эту функцию могут также, выполнять окна кюветы с красителем или поглощающей ячейки, наклоненные к оптической оси резонатор,а под углом Брюстера.

При,наложении продольного магнитно Do поля!Ha поглощающую среру вследснже эффекта Фарадея п роисходит поворот плоскости поляризации излучения, проходящего чврез среду. Угол llioBopiora;B пределах контура ли нии поглощения за висит от длины вол вы и ра вен нулю за пределами контура поглощения. Присутст в ие в резонаторе элемента, обладающего линейной амплитудной анизотропией, при водит,к созданию потерь за счет поворота плоскости поляризации излучения, проходящего через ячейку. Эти потери зааисят or угла поворота плоскости поляризации и равны нулю за пределами контура поглощения, где поворот отсутспвует. Таки м образом, .к потерям, возникающим за счет Ilipocro IIIOглощения, как это имеет, место в случае обычного способа,внутрирезонаториой аосорбционной спектроскопии, добавляются ,потери, обусловленные фа радеевским !Вра.щением плоскости поляризации генерируемого, излучения в исследуемой среде. Суммарные потери становятся больше потерь

:в отсутствие магнитного поля, Глубина провалов:в интенсивности генерации при этом у величивается и достигает максимального значения,,когда, как показал, расчет, величина маг1нитнои о поля обеспечивает зеемановокое расщепление .контура линии поглощения порядка его щирнны.

При наложении на исследуемую среду поперечного магнитного поля,,на правле ние которого не совпадает с главными на правлениями частичного поляризатора, вследствие эффекта Коттон- бутона возникает разность .набега фаз для волн с ортогональными линейными поляризациями. При этом генерируемое излучение становится эллинтичесии поляризова н|ным. Разность Iaoel.a фаз (а следовательно и степень элли птичности) .зависит от длины BQJIiHbl в пределах контура ли1нии поглощения исследуемой среды и ра|вна нулю,за пределами контура.

Присутствие в резонаторе частичного поля ризатора проводит,к заиисимости,потерь резонатора от разности .на бега фаз для волн с ортогональными ли ней ными поляризациями, а следовательно, и от длины IBoJIны 1прохюдящего через поглощающую среду излучения. Суммарные в предел:ах контура линии поглощения потери становятся а этом случае больше, чем в отсутствие иаг10

Формула изобретения

1. Способ внутрирезонаторной абсорбционной спектроскопии, основанный на по. мещении,исследуемой среды в резонатор лазера, измерении отношения глубинны про60 вала в интенсивности генерируемого излучения на частоте линии поглощения к интенсивности излучения в окрестностях провала, отличающийся тем, что, с целью по1вышения чувствительности, создают потери резонатара, различные для волн с о!р15

ЗО

50 нитного поля. Глубина провала в интенсивности генерируемого излуче|ния;возрастает и достигает максимального значения, когда направление магнитного поля составляет угол 45 с главными направлениями поляризатора.

Однако роль магнитного поля не исчерпывается увеличением суммарных потерь в пределах контура линии поглощения. Из вестно, что насыщение поглощения исследуемой среды понижает чувствительность способа внутрирезонатор най .абсорбционной спектроскопии. Наложение,мапнитного поля, как показывает расчет, приводит к уменьшению насыщения среды и тем самым также повышает чувствительность способа.

Пример. Предложенный способ был .применен для исследования поглощения пеона kid длине волны A=724.5 нм п,ри наложении на,исследуемую среду продольного магнитного поля. Газоразрядная:неоио-!

Bas ячейка помещалась в!резонатор лазера на,красителе,,накачиваемого руби новым лазе ром. В качестве элемента, вносящего л,и:нейную амплитудную,анизотропию, использовались окна KIolaprû с ирасителеM .и поглощающей ячейки, накло нен ные под углом Брюстера к оптической осН резонатора.

Давление, неона составляло 1,5 мм рт, ст., ток разряда 10,мЛ, При наложении иа поглощающую ячейку магнитного поля напряженностью порядка 1 кЭ наблюдалось четырехкратное увеличение глубины провала в интенсивности генерируемого излучения .на дли|не волны A=724,5 .нм по сравнению со случаем, когда магнитное поле отсутствовало. В отсутствие магнитного поля в поглощающей среде создание в резонаторе потерь, различных для волн с ортогональными линейными поляризациями, путем в несения:в резонатор элемента, обладающего линейной амплитудной анизотропией, не влияет,на чувствительность способа.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить чувствительность способа внуприрезонаторной абсорбяионной спектроскопии. Экаперимвнтально получено увеличение чувствительности B четыре раза без оптимизации условий проведения опыта.

788923

5 2 (!

Риг. 2

Составитель Е. Карманова

Техред И. Пенчко

Рс".актор Л. Письман

Корректор С. Файн. Заказ 250/168 Изд. ¹ 11? Тираж 883 Подписное

НГ10 «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035. Москва, Ж-ЗЕ, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

- тогоналвными линейными поляризациями, .путем внесения в резонатор элемента, обладающего линейной амплитудной анизотроп1ией,:на исследуемую среду накладыва.,ют магнитное поле, величина которого обеспечивает зееманоэское расщепление контура линии поглощения порядка его ши ри.ны, а направление,не совпадает с главными кап рулениями элемента.

2. Способ по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что на исследуемую среду накладыва.ют поперечное поле, причем, направление ..поля составляет угол 45 с главными направлениями элемента, создающего линей.ную амплитудную анизотропию.

Источники информации, принятые во вынимание при экапертизе:

1. Лввов Б. В. Атомно-абсорбционный спектральный анализ. М., «Наука», 1966.

2. Баев В. М., Беликова Т. П., Свириденков Э. А., Сучков А. Ф. В уч1рирезонаторная спектроскония с использованием лазеров непрерывного и квазинепрерывного действия. ЖЭТФ, 74, 43, 1978 (прототип).