Способ изменения полевого уширения линии резонансного перехода атома в сильном световом поле
Использование: для оптимизации характеристик параметрических преобразователей частоты в газообразных атомарных средах. Сущность заключается в использовании известного нелинейного светоиндуцированного вращения эллипса поляризации лазерного излучения в атомарных средах для измерения полевого уширения линии резонансных переходов. 1 табл., 1 ил.
союз соВетских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (st)s G 01 N 21/21
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4668636/25 (22) 09.01.89 (46) 07.01.93. Бюл. N. 1 (71) Отдел теплофизики АН УЗССР (72) С.А. Бахрамов, А.M. Каххаров и В.В. Тихоненко (56) С.А, Бахрамов, А,M. Коххаров, B,В. Тихоненко. Известия АН СССР, серия физическая, 1985, т.49, ¹ 3, с.548-552.
Н. Eicher, IEEE J. Quantum Electronics, 1975, V, QE-11, 1 4, р,121 — 130.
Изобретение относится к прикладной спектроскопии, преимущественно лазерной спектроскопии, и может быть использовано для повышения чувствительности двухфотонной поляризационной спектроскопии и оптимизации характеристик параметрических преобразователей частоты.
Известен ионизационный способ измерения величины полевого уширения линий резонансных переходов атомов в сильном световом поле, заключающийся в регистрации резонансного дисперсионного контура вероятности многофотонной ступенчатой ионизации aTQMoB и определении спектральной ширины этого контура. Практическая реализация этого способа сопряжена рядом технических трудностей — необходимостью использования двух или более перестраиваемых по частоте лазеров, а также специальных устройств для регистрации ионов, образовавшихся в объеме взаимодействия, Кроме того, искажение формы ре„„Я2„„1786402 Al (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЕВОГО
УШИРЕНИЯ ЛИНИИ РЕЗОНАНСНОГО ПЕРЕХОДА АТОМА В СИЛЬНОМ СВЕТОВОМ
ПОЛЕ (57) Использование; для оптимизации характеристик параметрических преобразователей частоты в газообразных атомарных средах, Сущность заключается в использовании известного нелинейного светоиндуцированного вращения эллипса поляризации лазерного излучения в атомарных средах для измерения полевого уширения линии резонансных переходов. 1 табл., 1 ил. зоначсного контура вероятности ионизации из-за вторичных радиационных процессов и возмущения энергетических уровней смежных одно и многофотонных переходов атома приводит к существенному снижению точности измерения величины полевого уширения резонансного перехода, Целью изобретения является упрощение процедуры измерений и увеличение их точности.
Цель достигается путем воздействия на атомарную среду сильным световым полем и измерения кривой частотной зависимости индуцированной оптической активности среды при перестройке частоты света вблизи резонансного перехода атома, а величину полевого уширения резонансного перехода атома определяют по расстоянию между экстремумами этой зависимости.
В стеклянную ячейку с исследуемой атомарной средой направляется эллиптически поляризованное излучение лазера на краси1786402 теле (ЛК). При перестройке частоты излучения ЛК в окрестности резонансного перехода атома в среде индуцируется нелинейная гиротропия, обусловленная различием нелинейных добавок к показателю преломления среды для право- и левои оля риза ванн ых циркулярных компонент светового поля и приводящая к самоиндуцированному вращению эллипса поляризации излучения. По мере приближения частоты излучения ЛК к частоте резонансного перехода (как с низко-, так и с высокочастотных сторон) угол самоиндуцирован ного вращения эллипса поляризации резонансно возрастает, а в пределах полевой ширины резонанса происходит его уменьшение за счет уменьшения разности показателей преломления среды для право- и левополяризованных циркулярных компонент поля, Таким образом, на кривой частотной завиСимости угла самовращения эллипса поляризации наблюдаются два экстремума, положения которых определяются границами резонансно уширенной линии и частотное расстояние между которыми равно величине полевого уширения перехода.
Анализ состояния эллипса поляризации излучения, прошедшего сквозь стеклянную ячейку, производится двумя взаимно скрещенными анализаторами поляризации (например, призм Франка-Риттера) и установленным за ними фотоприемным устройст вам (Ф П У).
Пример. В качестве конкретного примера применения производилось измерение величины полевого уширения резонансного перехода 5S 20 нс), частота которого перестраивалась в широкой окрестности исследуемого перехода 531п — 5Рзп, Измерение угла самовращения эллипса поляризации, прошедшего область взаимодействия излучения ЛК, производилось двумя взаимно скрещенными поляризационными призмами Франка-Риттера и установленным за ними ФПУ на базе фотодиода ФД-7Г. Коэффициент экстинкции измерительной схемы был не хуже 10 -4 Степень эллиптичности излучения ЛК(отношение малой и большой полуосей эллипса поляризации) составляла величину 0=5 10 4, На чертеже приведены крив :е частотной зависимости угла самоиндуцированного вращения эллипса поляризации p(v) для трех фиксированных значений интенсивности I при перестройке частоты излучения ЛК в окрестности перехода 53 /г — 5 Рзп (треугольники — 1= 0,35 МВт/см, темные кружки — I = 0,7 МВт/см и светлые кружки— г = 1,2 МВт/см ), Стрелка на чертеже соответствует положению точного резонанса в отсутствии возмущения, Видно, что наблюдаются два экстремума поворота поляризации, симметрично расположенные относительно точного резонанса, но с противоположными направлениями вращения (знаками углов). Значения частотных расстояний между низко- и высокочастотными 20 экстремумами д Р" " с ростом интенсивности изменяются пропорционально амплитуде напряженности электрического поля световой волны Ео, что характерно для полевого механизма уширения резонансных переходов. В таблице для сравнения приведены экспериментальные д т " " и расчетные значения полевого уширения Г1= = 4.(d Е)/h (d — дипольный момент перехода; Š— напряженность электрического поля све30 товой волны; h — постоянная Планка), Значение дипольного момента взято из (2). Хорошее согласие между экспериментальными и расчетными данными в пределах полуширины линии возбуждающего излучения подтверждает высокую точность предложенного способа для измерения величины полевого уширения линий резонансных переходов атомов, Следует отметить, что в предлагаемом 40 способе угол самовращения эллипса поляризации р изменяется квадратично от напряженности поля, т,е. р l(r, t) - Е {r, т), 2 Вероятность же многофотонной ионизации в случае известного ионизационного 45 способа (прототипа) М/и . I (r, t) Е (г, t), k г где k — число фотонов, необходимых для ионизации атомов, и k 2, Из более высокой степенной зависимости от амплитуды напряженности поля E(r, т) в случае прототипа по сравнению с предложенным способом видно, что при регистрации сигнала, усредненного по поперечному сечению пучка г и длительности импульса t, погрешность способа, обусловленная влиянием пространственноо-времен koA неоднородности (колоколообразной формы) распределения поля E(r, t) реальных лазерных импульсов, в случае предлагаемого способа меньше, чем в случае прототипа, Таким образом, реаль1786402 у З и 1=1-!-)-ф-)- 1- -!-1-!-ф-»-t-t - -!" » f j -т тT !. гT w f»»-т-»-) тг гтт ";» 6 l d l I i I 1 i ii i яугл. ya3) »!,» .» » » » » I » „l»,. » 3 »,I I ! I 1 » » l » f i » I 13800 1 .8 fg ".Я 3 ГО ГЯЫ Составитель Г. Ахрорходжаева Редактор Л, Пигина Техред М.Моргентал Корректор С.Шекмар Заказ 244 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ная точность предложенного способа всегда больше точности прототипа. Например, если пространственно-временная неоднородность светового поля в физическом процессе, линейно зависящем от Е(г, t) при регистрации сигнала, усредненного по сечению пучка г и длительности импульса t, приводит к погрешности измерения 10%, то в этом случае реальные точности измерений будут: предло>кенный способ — (1 — 0,1) 100% = 81%; прототип— (1 — 0,1) 100% 65% (когда k = 2, двухфотонная ионизация — редкий случай) и (1 — 0,1) .100% = 53% (когда k = 3, трехфотонная ионизация — наиболее вероятный случай). Таким образом, предложенный способ измерения величины полевого уширения линий резонансных переходов атомов па сравнению с известным ионизационным способом (прототипом) обладает следующими преимуществами: простотой реализации — используется излучение только одного ЛК, высокой точностью, определяемой более низкой степенной зависимостью от напряженности светового поля и высокой точностью измерения углов по5 ворота поляризации, вазможностью получен и я до и олнительной спектроскопической информации об атоме путем независимого изменения степени эллиптичности и интенсивности возбуждающего излучения. 10 Формула изобретения Способ измерения полевого уширения линии резонансного перехода атома в сильном световом поле, заключающийся в воздействии на атомную среду сильным 15 световым полем, перестройке частоты света вблизи резонансного перехода атома, отл ичающийся тем.что,сцелью упрощения измерений и увеличения их точности, при перестройке частоты света изме20 ряют зависимость индуцированной оптической активности, а величину полевого уширения определяют по расстоянию между экстремумами этой зависимости.
