Способ измерения субдоплеровских спектров поглощения

 

Изобретение позволяет повысить разрешение спектральных линий поглощения атомов и молекул путем изменения потока возбужденных частиц исследуемой среды в огран гченном объеме. Через среду пропускают импульсное узкополйсное излучение, длительность которого меньше отношения длины свободного пробега частиц к средней тепловой скорости их движения, и измеряют временную зависимость интенсивности продольной компоненты их потока относительно оси излучения. 6 ил. SO 0 4: О5 О Кл

СС803 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,;13

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3694958/24-25 (22) 19.0).84 (46) 15.04.86. Бюл. ¹ 14 (71) Институт оптики атмосферы

СО АН СССР (72} M.M. Иакогон (53) 523.035.121:523.035.334(088.8) (56) 1Iartung С. et.al. Sub Doppler

0ptothermal Spectroscophy. Appl.

Physics 1980, 23 р. 407-409.

Шавлов А.Л. Спектроскопия в новом свете. У<РН, т. )38, вып. 2, 1982, с. 21)-212. (51) 4 С 01 .Т 3/42, С Ol N 2)/62 (54} СПОСОБ ИЗ)1ЕРЕ1ПИ СУБДОПЛЕРОВСIGIX СПЕКТРОВ ПОГЛО)ЦЕНИЯ (57) Изобретение позволяет повысить разрешение спектральных линий поглощения атомов и молекул путем изменения потока возбужденных частиц исследуемой среды в ограниченном объеме. Через среду пропускают импульсное узкополосное излучение, длительность которого меньше отношения длины свободного пробега частиц к средней тепловой скорости их движения, и измеряют временную зависимость интенсивности продольной компоненты их потока относительно оси излучения. 6 ил.

1224607

Изобретение относится к спектроскопии, атомной и молекулярной физике, а именно к исследованепо спект— ров сверхвысокого разрешения (не ограниченного доплеровским уширением) газаьчых сред, и может быть использовано при исследовании физико-химических свойстзз атамозз и молекул, а также при разработке систем лазерного газоанализа.

Цель изобретения — повышение спектрального разрешения °

Иа фиг.. 1 изображена кювета с исследуемой газообразной средой; на фиг. 2 и 3 — зависимости коэффициентов паглощепня спектральных гп!!Iнй от частоты, на фзег. 4-б — Езремешн:!е зависимости интенсивности вазбу>!сдс!1.!1!х час иец для прототипа и предлагаемого способа сатгветст- 20

Вс!ЕНО.

Пусть в кювете длпнай L и радиусам установлен датчик (фиг. 1), нзмеряюцзей времепну.о зависимас.ть

II!I l eIIcIII3IIocz продольной компоненты 25 потока езазбу>кценееых частиц, а по осз! кюветы 13 момепг временц 1.=-0 пропуска!от Еемпульснае излучение с час.тата!!»3, СмЕЩЕННОй атпаснтЕЛъНО це! ЕI! р а i даплер Ов ск и у1!Енр еIн! Ой ли 3Q низ! е!оглашения (фиг. 2) . Это излу— чс.нис. возбуждает только частицы, имеющие с оставлепощую скорости вдоль

->

ocI пучка V =. — — "- — — c гд; c — с!ca-!

l 2 i> 3

pocãü света (поперечная компонента скарастп может бить любой), остаззьные частицы не будут взанмодейстЕзовать с излучением. СЕн на>1 датчизса зеро!!ОЕ>цианален числу частиц N(t), достигших его в момент време!!И ь. Для нахождешзя N (t) интегрируют максвелзтов— скае распределение част!!ц на скоростям по поперечной компонен,е скорости Ч . Пределы ие!тег!>ираван11я легка ,апредсля3отся из геометрических соаб. ражее!нй и составляют 0 п Р/L, =х/37„ . Интегрирование па продольной координате снимается, так как скарастз V!! фиксирована.

Таким образам, тч Р14 оЕЯл 3<т

2 о 2

3П 1 „ mR

113 2 С т „2Е-Е.Е (! )

1,Е,e !1,» " I< ОЕ! це!Ет р lц1151 0 Î 3 бgòÆÄC111! ЫХ излучением частиц;

l3I — их масса;

k — постоянная Бальцмана;

Т. — температура. !

Еремее!е!ая зависимость потока час- 4 тиц, попадающих на датчик, определяется выражением (1) во временном интервале ат 0 до L/V„, когда последняя частица, находившаяся в момент

t=0 у левой стенки ячейки, достигнет датчика и в этот момент сигнал резко оборвется (фиг. 4). Импульс излучения должен быть коротким, так как в противном случае частицы заметно перемещаются или даже сталкиваются в течение импульса, что приводит к раз— мытию резкого фронта окончания сигнала и умс ньшенеIЮ спектрагеье!ОЕ О раз решения.

Рассмотрим форму сигнала от частиц двух сортов, частоты центров

01 (2> которых и расположены на расо стоянии, меньшем доплеровской ширины (фиг. 3) . Такие частицы 1!р!1 исследование! способом, являющимся прототи— пам, не разделяются. Б предлагаемом способе сигна1" имеет ярко вьераженную особе!!е!Ос ь (фиг, .5, U — сигнал от !

13

{"- Е частиц первого сорта, U — второго со1>та р U суммарный сеIгна>1 (с1>иг ° 6) се1г31алеЕзируеощуео о нали !ие частиц двух сортов. Таким образом видно, что маскирующее действие доплеровс-. кого уширения устранено и спектральное 1>аэре!зение повышено. !!ие!еемальеЕый разрешенный спектральный интервал зависит от длины я;!ейки о

274 Г

Рассмотрим вариант реализации предлаг;lcìoãо способа. Используется ячейка дз111езай и радиусом 1 см, заполненная газом при давлении 3 мторр, так чта длеЕна свободного пробега 1 1,5 см и частицы после возбуждения Езо время пролета до стенок ячейки и, следовательно, да датчика.не сталкиваются друг с другом. Датчик может бьггь выполнен из такой же, как в прототипе полнвинилфторездной пленки

Р11Р— 2,:Еостоянная времени пироэлектрического датчика может быть менее

-г

10 < . Пусть исследуемый газ имеет (о

2 линии поглощения с центрамч -)

=-14401 и !4401,0005 см, рас3 стояние между ними, равное 0,0005 см составляет около 0,01 доплеравскай ширины линии. Газ возбуждается излуче нем лазера с модуляцией дабнапЕ>име!>, 1>убнновогo

1224б07 тавить 1,3 10 см, т.е. около одной тысячной от ширины доплеровс- кого контура.

Формула изобретепия

g+g/s) \ с (xiè, Фиг. 4

Фи7 2

Known.

Составитель В. Дорофеев

Редактор H. Киштулинец Техред.И.Попович Корректор А. Тяско

Заказ 1940/38 Тираж 778

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, E àóøñêàÿ наб., д. 4/5

Подписное

Лроизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 (--14400,99 см ") -4=0,(31 c« () с длительностью импульса о 10 с, шириной спектра .10 МГц, что сос1тавляет 0,01 от доплеровской шири- ны линий при комнатной температуре; очевидно, что условие (. « 1/Ч выполняется (V для воздуха 520 и/с):

2/V=2 9 10 с. Импульс излучения

-5 возбуждает частицы с составляющей скорости V« =3315 см/с и Vö =3481 см/с, (<) (2 ) поэтому длительности сигналов U( и U составляют 302 и 287 мкс соот(2) ветственно. FIa суммарном сигнале

Z длительностью 302 мкс имеет место ступенька на расстоянии 15 мкс от конца импульса. Фронт ступеньки

-8 имеет длительность 10 с (длительность импульса), поэтому она легко регистрируется. Таким образом, в рассмотренном примере разрешаются две линии, находящиеся на расстоянии примерно в одну сотую ширины доплеровского контура друг от друга, предельное разрешение может сосСпособ измерения субдоплеровских спектров поглощения по которому через исследуемую газообразную среду, 10 находящуюся в ограниченном объеме, пропускают узкополосное излучение и измеряют поток возбужденных излучение)(частиц, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения

15 спектрального разрешения, пропускают импульсное излучение, длительность которого меньше отношения длины свободного пробега частиц исследуемой газообразной среды к сред2(1 ней тепловой скорости их движения, и измеряют временную зависимость интенсивности продольной относитель;но оси излучения компоненты потока возбужденных частиц.