Способ самоорганизации оптически активного ансамбля диамагнитных наночастиц электрон-ион



Способ самоорганизации оптически активного ансамбля диамагнитных наночастиц электрон-ион
Способ самоорганизации оптически активного ансамбля диамагнитных наночастиц электрон-ион
Способ самоорганизации оптически активного ансамбля диамагнитных наночастиц электрон-ион
Способ самоорганизации оптически активного ансамбля диамагнитных наночастиц электрон-ион

Владельцы патента RU 2655052:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) (RU)
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (НИ ТПУ) (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "Суперпозиция" (ООО Суперпозиция) (RU)
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) (RU)

Изобретение относится к квантовой технике. Способ самоорганизации оптически активного ансамбля диамагнитных наночастиц электрон-ион заключается в создании объема когерентности, где на каждую молекулу резонансно по энергии воздействуют векторной суммой коллектива полей, состоящего из электрического и магнитного поля, индуцированного в молекулах упругим столкновением с уширяющими частицами, электрического и магнитного поля бигармонического излучения накачки на частотах ω1, ω2, электрического и магнитного поля релеевского рассеяния. Двумерная обратная связь приводит к эффективному преобразованию энергии коллектива полей и энергии электронно-вращательно-колебательного движения молекул в диамагнитную энергию и ее накоплению до пороговой величины в области высокого уровня рабочего перехода за время, меньше одного упругого столкновения молекулы с уширяющей частицей. Преобразование энергии коллектива полей и электронно-вращательно-колебательного движения молекул в их диамагнитную энергию осуществляется за счет индукции показателя преломления молекулярного газа с образованием нелинейного перекрестного сомножителя ЕН. Этот процесс позволяет молекулам в разных участках объема когерентности бигармонического излучения накачки корректировать амплитудно-фазовые соотношения между элементарными возмущениями молекул и запустить механизм двумерной обратной связи на двух KB или двух вращательных переходах. Технический результат заключается в обеспечении возможности создания технологии высокоскоростной самоорганизации оптически активного ансамбля наночастиц электрон-ион со свойствами диамагнитного фотонного кристалла для большого числа практических применений. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к самоорганизации света в молекулах с обратной связью, которая, реализуясь между индуцированными энергиями на двух переходах, преимущественно на двух колебательно-вращательных (KB) переходах основного электронного терма или на двух вращательных переходах основного колебательного терма, может быть использована:

- в квантовой электронике для генерации лазерного излучения с Когерентностью высокого порядка, Винтовым фронтом и Большим орбитальным магнитным моментом;

- в молекулярной энергетике для приготовления диамагнитных ловушек, разделяющих изотопы молекул и организующих физико-химические и биологические формы материи;

- в геофизике для мониторинга молекулярного/аэрозольного состава атмосферы, зарождения торнадо, шаровых молний и др.

Известны способы получения искусственной оптически активной среды, когда оптически неактивную среду помещают в постоянное электрическое поле (эффект Керра - электрическое двойное лучепреломление) или в постоянное магнитное поле (явление Зеемана; эффект Фарадея - магнитное вращение плоскости поляризации; эффект Коттона - круговой дихроизм; эффект Коттона-Мутона - магнитное двойное лучепреломление). - Волькенштейн М.Д. Молекулярная оптика. М.-Л. 1951. С. 634-647; Физический энциклопедический словарь. - М.: БРЭ. 1995. С. 494-495; Пентин Ю.А, Вилков Л.В. Физические методы исследования в химии. - М.: Мир. 2003. С. 563-574. При этом ключевую роль играет диамагнитное поле, индуцированное полем проходящей световой волны в направлении, противоположном вызвавшему его магнитному полю.

Многообразие эффектов и способов получения оптически активной среды имеет общий существенный признак с заявляемым способом, состоящий в том, что молекулы оптически активной среды приобретают анизотропию, но лишаются плоскости и центра симметрии. Результат приготовления анизотропных оптически активных молекул на электронном переходе обнаруживают по повороту плоскости поляризации проходящей световой волны.

Недостатком известных эффектов и способов является то, что они не позволяют преобразовать молекулярный газ в оптически активный ансамбль диамагнитных наночастиц электрон-ион под действием проходящего многочастотного электромагнитного (э/м) излучения.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и по совокупности признаков является способ модуляционной спектроскопии двух молекулярных переходах, объединенных в трехуровневую V-схему. По V-схеме реализуется внутренняя амплитудно-фазовая модуляция бигармонического излучения (БИ) накачки, т.е. бигармонического волнового пакета - Лопасов В.П. Способ синтеза диамагнитной оптически активной среды. Пат. 2320979 от 28.03.2006. Россия, Опубл. 27.03.2008. Бюл. №9.

Общими существенными признаками аналога и заявляемого способа являются две волны разной частоты БИ линейной поляризации, которые создают объем когерентности в молекулярном газе, условия и канал с квантовой критической точкой для запуска в молекулах механизма двумерной (во времени-пространстве) нелокальной положительной обратной связи (ПОС) на двух KB или двух вращательных переходах. Механизм обратной связи в аналоге, «замораживая» вращение молекулярных ядер путем усиления прецессионно-нутационного движения электронов, синтезирует оптически активный ансамбль диамагнитных систем молекула-фотон.

Основным недостатком аналога является неэффективное «замораживание» вращения ядер молекул в процессе их упругого столкновения с уширяющей частицей (молекулой или атомом), что не позволяет БИ с высокой скоростью синтезировать оптически активный ансамбль диамагнитных систем молекула-фотон в объеме когерентности на приготовленном магнитомультипольном (ММ) переходе с большим орбитальным магнитным моментом.

Целью заявляемого способа является нелинейное ускорение самоорганизации молекул на этапе упругого столкновения с частицами в оптически активный ансамбль диамагнитных наночастиц электрон-ион на приготовленном ММ переходе с большим орбитальным магнитным моментом.

Особенностью заявляемого способа является преобразование энергии электронно-вращательно-колебательного движения молекул (Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. - М:. ГИ ФМЛ. 1962. С. 485-487), в их диамагнитную энергию за счет индукции электрического и магнитного дипольных моментов в молекулах газа с образованием нелинейного перекрестного сомножителя ЕН. Этот процесс позволяет молекулам в разных участках объема когерентности БИ накачки корректировать амплитудно-фазовые соотношения между элементарными возмущениями молекул и запустить механизм двумерной во времени-пространстве нелинейной и нелокальной ПОС на двух KB или двух вращательных переходах.

Поставленная цель достигается путем использования векторной суммы коллектива полей для запуска в молекулярном газе двухмерной ПОС между энергиями квадратичных эффектов Штарка и Зеемана при условиях, несколько отличных от указанных в аналоге. Изобретение позволяет создать технологию высокоскоростной открытой самоорганизации оптически активного ансамбля диамагнитных наночастиц электрон-ион и получить принципиально новый диамагнитный наноматериал для большого числа практических применений.

Элементы запуска механизма двухмерной во времени-пространстве нелинейной и нелокальной ПОС.

1. Внутренняя знакопеременная амплитудная модуляция БИ накачки (Физический энциклопедический словарь. М.: БРЭ, 1995, С. 492) реализуется в молекулах газа на частоте ω-q=(ω1q2q)/2 (Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика. - М.: МГУ. 2004, С. 505)

E(z,tq)=ACos(ω1qtq-k1qz)+ACos(ω2qtq-k2qz)≡2ACos(ω-qtq)(tq-zk-q-q)Cos(ω+qtq-k+qz)

при отношении амплитуд волн БИ линейной поляризации на частотах ω1q, ω2q, равном A1q=A2q=A, Фиг. 1. На Фиг. 1 показана амплитудная модуляция БИ на частоте ω-q* с нулевым узлом пересечения компонент поля Е и Н при длине когерентности .

Знакопеременная амплитудно-фазовая модуляция БИ реализуется в молекулах на частотах ω-q и ω+q=(ω1q2q)/2 при отношении амплитуд волн А1q/A2q≠1. При этом образуется седлообразный узел и нелинейный сомножитель J~ЕН от перекрестных слагаемых Е и Н в индуцированных дипольных моментах de и dm упругим столкновением молекулы с частицей.

Здесь k-q=(k1q-k2q)/2, k+q=(k1q+k2q)/2; k1q=n(ω1q1q/c, k2q=n(ω2q2q/c; и - групповая и фазовая скорости БИ; q=0, 1, 2, 3, … q*=ω+q=0-q=0 - целочисленный номер шага T+q/4 поля БИ между моментами и смены знаков ± внутренней амплитудной модуляции ортогонально и внутренней фазовой модуляции вдоль оси Z распространения БИ.

2. Открытые зоны Френеля в объеме когерентности БИ накачки

заполнены векторной суммой коллектива электрических и магнитных полей упругого столкновения каждой молекулы с уширяющей частицей, БИ на частотах ω1q, ω2q с шириной спектра δω1q≈δω2q≈δωq и релеевского рассеяния - Lopasov V.P. Firboll as the Result of Self-Organizaition of an Ensemble of Diamagnetic Electron-Ion Nanopar-ticles in Molelecular Gas // Plasma Physics Reports. 2011. T 37. №13. C. 1099.

3. Резонансы по энергии между разностью 2ω-q≥0, суммой 2ω+q≥0 частот БИ накачки и V-схемой KB или вращательных переходов создают канал с квантовой критической точкой для запуска механизма двумерной во времени-пространстве ПОС между энергиями квадратичных эффектов Штарка и Зеемана на одном из шагов T+q≥0/4 подготовительного этапа

Здесь τес и TR-V-P - время упругого столкновения и релаксации энергии вращательно-колебательно-поступательного движения молекул.

4. Диспергационная V-схема переходов состоит из разрешенного низкочастотного электродипольного (стартового) и слабо разрешенного высокочастотного магнитного мультипольного (рабочего), например, KB переходов

молекулы Н2O с общим низшим уровнем (квантовой критической точкой). Уровень - это результат смещения уровня 4-3(000) Н2O на 2ΔJK≈345.6 МГц из-за центробежного растяжения (Быков А.Д., Макушкин Ю.С., Улеников О.Н. Колебательно-вращательная спектроскопия водяного пара. Новосибирск: Наука, 1989, С. 100), а также на из-за динамического смещения в процессе упругого столкновения молекул Н2O с N2. Смещение получает также уровень . Здесь J=4, 5 - квантовые числа углового момента Н2O на ось Z; (000)⇔(103) - составной колебательный переход молекулы Н2O.

Условия реализации механизма двумерной во времени-пространстве нелинейной и нелокальной ПОС.

Условие 1. Частоты ω1q и ω1q поля БИ линейной поляризации задают так, чтобы их разность и сумма

попали в область двумерного резонанса по энергии к стартовому и рабочему переходам, объединенным в V-схему (3). Здесь ƒR и ω103 - частота упругого столкновения молекулы с уширяющей частицей (Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. - М.: Наука. 1980, С. 137), и круговая частота колебательного перехода молекул.

Условие 2. Электрический (5а) и магнитный (5б) дипольные моменты

(Бекингем Э. Основы теории межмолекулярных сил. Применение к малым молекулам. В кн. «Межмолекулярные взаимодействия: от двухатомных молекул до биополимерных» под ред. Б. Пюльмена - М.: Мир. 1981. С. 52), индуцированные в каждой молекуле ее столкновением с частицей, задают с участием поляризуемости , диамагнитной восприимчивости , градиента поля в плоскости XY и перекрестных слагаемых, где тензоры и связаны с тензором гирации gq молекулы (Волькенштейн М.Д. Молекулярная оптика. - М.-Л, 1951, С. 27-54, 78-80).

Упругое столкновение искажает распределение электронной плотности молекул и понижает их симметрию, что приводит к анизотропии поляризуемости и диамагнитной восприимчивости молекул ортогонально и вдоль оси Z. Взаимодействие индуцированных в каждой молекуле моментов (5а), (5б) с коллективом полей на частотах и ω+q в области переходов (3) формирует:

- корреляцию колебаний , и колебаний радиуса, , орбиты валентного электрона молекул на каждом шаге T+q/4 этапа (2);

- энергию эффектов Штарка , Зеемана и диамагнитную амплитудно-фазовую ловушку фотонов БИ на каждом шаге T+q/4 этапа (2).

Условие 3. Число фотонов Nph БИ линейной поляризации в объеме (1) задают превышающим число молекул ND на стартовом состоянии стартового перехода, а число уширяющих частиц Nb превышающим число фотонов

Число молекул ND задают так, чтобы между частотой рабочего перехода (3) и частотой 2ω+q БИ накачки выполнялось соотношение

с участием частот ƒR и ω103.

Условие 4. Асимметрию интенсивности волн с большей и меньшей частотой задают так

чтобы низшая граница 3/1 соответствовала минимальному, а верхняя граница 8/1 максимальному градиенту поля БИ линейной поляризации в плоскости XY.

Условия (4), (5а), (5б), (6б) и (7) приводят к возникновению знакопеременной внутренней амплитудно-фазовой модуляции БИ накачки на переходах (3) и корреляционной связи между колебаниями электрооптических, магнитооптических характеристик молекул; нулевой узел пересечения компонент и коллектива полей вдоль оси Z (Фиг. 1) заменяется их седлообразным узлом с образованием перекрестного нелинейного сомножителя .

При этом в молекулах по V-схеме переходов (3) в момент tq≥0 запускается механизм двумерной во времени-пространстве нелинейной ПОС, который резонансно увеличивая индуцированный тензор гирации gq на каждом шаге T+q/4 БИ накачки, создает зависимость частоты ларморовской прецессии , диамагнитной восприимчивости и диамагнитной энергии молекул от перекрестного нелинейного сомножителя . Сомножитель определяет величину вектора плотности потока э/м энергии (вектора Умова-Пойнтинга) (Волькенштейн М.Д. Молекулярная оптика. - М.-Л, 1951, С. 16) и, соответственно, величину нелинейного усиления механизма двухмерной ПОС.

Механизм двумерной ПОС на каждом шаге Т+q/4 этапа (2) нелинейно управляет:

1) положением энергетических уровней переходов (3) в объеме (1) и во времени (2);

2) анизотропным накоплением «квантовой поляризационной» диамагнитной восприимчивости (Вонсовский С.В. Магнетизм М.: Наука, 1971. С. 71) на рабочем переходе, а также накоплением диамагнитной энергии на его высоком уровне ;

3) вкладом релеевского рассеяния в изменение фазы зарожденной волны ММ излучения на частоте ωXq≈ω+q в виде криволинейного профиля «микролинзовых систем» стоячей волны эллиптической поляризации (СВЭП) для четных и нечетных зон Френеля (мод «соленоида-резонатора»). Профиль «микролинзовых систем» добавляет к нечетным зонам фазовый набег π и заставляет четные и нечетные зоны Френеля «работать в фазе» - квантовый аналог гиперлинзовой системы (Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика. - М.: МГУ. 2004, С. 457);

4) движением валентного электрона молекул ND ортогонально и вдоль оси Z и, соответственно, динамикой внутри- и межмолекулярных квантовых событий по V-схеме (3);

5) скоростью открытой самоорганизации ансамбля электрон-ион и поля СВЭП в форме многоцилиндрического (по числу зон Френеля) «соленоида-резонатора», Фиг. 2.

На Фиг. 2 показана схема получения объема когерентности БИ при радиусе пучка , самоорганизация молекул ND в ансамбль наночастиц в конце этапа (2) и сигнала ММ излучения с винтовым фронтом вдоль оси распространения на несущей частоте ωXq*≈ω+q*.

Условие 5. Начальный шаг поля БИ накачки задают так

чтобы механизм двумерной ПОС, изменяя , , gq→gq* молекул, нелинейно ускорял их самоорганизацию в ансамбль наночастиц электрон-ион и реализовал эффект нелокальности для валентного электрона молекулы при выполнении условия (8). Эффект нелокальности выполняется, если валентный электрон молекул, прибывая в точку rq из точки за время T+q/4, приносит память о действии на него внешних полей в точке . Здесь - энергия ионизации атома водорода (Ильинский Ю.А., Келдыш Л.В. Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом. - М.: МГУ, 1989, С. 7 и С. 27).

Нелинейное ускорение самоорганизации и нелокальный отклик молекул приводят к тому, что скорость накопления молекулами диамагнитной энергии на первом шаге и на каждом следующем шаге БИ накачки, существенно превышает скорость ее релаксации. Как только усиление прецессионно-нутационного ( относительно оси Z) движения электрона у одной молекулы в момент обеспечит приращение диамагнитной энергии больше энергии радиационных потерь по V-схеме (3), то все молекулы ND на стартовом уровне стартового перехода получат энергию квадратичных эффектов Штарка и Зеемана, превышающую энергию радиационных потерь. То есть, фотоны БИ накачки попадают в диамагнитную амплитудно-фазовую ловушку.

Каждая молекула ND на первом шаге T+q=0/4 БИ накопит энергию , на втором шаге Т+q=1/4 - энергию , на третьем шаге - энергию в области высоковозбужденного магнитного мультипольного уровня рабочего перехода. И так до шага q*, когда молекулы накопят пороговое значение gq→gq*, , и снимется пространственное вырождение высоковозбужденного уровня рабочего перехода молекул по магнитным подуровням MJ.

В этом случае, во-первых, время каждого следующего шага T+q/4 увеличивается, но уменьшается число шагов при сохранении длительности этапа самоорганизации молекул в ансамбль электрон-ион (2). Во-вторых, накопление молекулами диамагнитной восприимчивости приводит к росту радиуса нелокальности отклика валентного электрона и к уменьшению скорости света в аномальной области рабочего перехода. В-третьих, быстрый рост радиуса нелокальности отклика электрона позволяет уверенно достигать критическую когерентность сигнала, означающего окончание открытой самоорганизации ансамбля электрон-ион . Здесь и - начальный радиус нелокальности валентного электрона и длина волны ММ излучения, зарожденного в момент tq≥0 в области рабочего KB перехода.

Способ работает следующим образом. После выполнения соотношений (2, 3, 4, 5а,5б, 6а, 6б, 7, 8), в объеме когерентности (1) реализуется принцип суперпозиции квантовых состояний V-схемы молекулярных переходов (3). - Лопасов В.П. Прикладная физика. 2012, №4, С. 24-33. То есть, каждая молекула ND находится одновременно во всех точках когерентного объема (1). Возникает корреляционная связь между амплитудно-фазовыми колебаниями коллектива полей , , колебаниями положения трех уровней (3) молекул ND и знакопеременной амплитудно-фазовой модуляцией БИ, что приводит к запуску в молекулах механизма двумерной во времени-пространстве нелинейной и нелокальной ПОС между энергиями квадратичных эффектов Штарка и Зеемана. Фотоны БИ попадают в диамагнитную ловушку.

Механизм двухмерной ПОС включает, как обычно (Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика. - М.: МГУ. 2004, С. 348-376) дифракцию БИ на ND молекулах, удаленных друг от друга на расстояние, сравнимое с шириной зоны Френеля в поперечном сечении его пучка для зарождаемого ММ излучения. В объеме (1) формируется интерференция внутри- и межмолекулярных полей с коллективом внешних полей. Энергии коллектива полей , и электронно-вращательно-колебательного движения молекул преобразуются через в диамагнитную энергию, а затем в спектры поглощения (Зуев В.Е, Лопасов В.П. Макогон М.М. ДАН СССР, 1971, т. 196, С. 1041) или переизлучения (Лопасов В.П. Оптика атм. и океана. 1997, т. 10, №9, С. 996).

Результат указанных экспериментальных работ зависит от степени открытой самоорганизации молекул в ансамбль наночастиц электрон-ион.

Формирование диамагнитной энергии молекул и самоорганизация ансамбля электрон-ион на этапе (2) в коллективе полей сопровождаются:

1) ростом молекул с изменением частоты ларморовской прецессии что приводит к захвату стартового перехода в резонанс по энергии и к изменению координаты валентного электрона в моменты ;

2) ростом и gq→gq* молекул с изменением частоты ω+q→ω+q*≈ωXq* за счет нутации орбиты электрона, что приводит к захвату рабочего перехода в резонанс по энергии и к изменению направления движения валентного электрона в моменты ;

3) упорядочением тензоров и в координатах время-пространство и формированием комплексного показателя преломления в аномальной области рабочего перехода молекул относительно оси Z

с пороговой диамагнитной энергией, превышающей энергию радиационных потерь

и минимизирующей путь БИ накачки в объеме когерентности (1).

К моменту окончания этапа (2) в объеме когерентности (1) реализуется:

1) скорость БИ, характеристики, , и дополнительная потенциальная яма на электронной поверхности молекул с образованием однородно уширенного ММ перехода. На Фиг. 3 показан результат действия механизма двумерной ПОС по V-схеме переходов. При этом: пара подуровней +MJ и -MJ в приготовленном состоянии имеет равную, а пара и - разную населенность; частота перехода 4-3(000)⇒5-4(103) соответствует естественной линии поглощения молекулы H2O.

2) самоорганизация молекул в оптически активный ансамбль диамагнитных наночастиц электрон-ион, связанных полем СВЭП на приготовленном ММ переходе с макроскопическим орбитальным магнитным моментом .

Ансамбль наночастиц электрон-ион с геометрией «микролинзовых систем» и криволинейным профилем СВЭП приобретает свойство амплитудно-фазовой зонной пластинки Френеля. Валентный электрон каждой наночастицы в каждой зоне Френеля совершает относительно иона устойчивый цикл прецессионно-нутационного движения с радиусом в моменты ', … ортогонально оси Z и с радиусом в моменты ', … вдоль оси Z.

Проекции орбитального магнитного момента MRSO наночастиц на ось Z выстроены между точками перегиба реальной части (9). Если поле БИ еще включено, то ансамбль наночастиц, накопив магнитный момент на этапе (2), преобразует БИ накачки линейной поляризации в монохроматический сигнал эллиптической поляризации с большим орбитальным магнитным моментом на частоте ωXq*≈ω+q* приготовленного ММ перехода.

Преобразование поля БИ накачки молекулами воды в монохроматический сигнал на частоте приготовленного ММ перехода является подтверждением возможности использования самоорганизации ансамбля диамагнитных наночастиц электрон-ион для промышленного производства лазеров с излучением нового типа - когерентность высокого порядка, винтовой фронт и большой орбитальный магнитный момент. (Лопасов В.П, Макогон М.М, Касьянов С.Ю. Заключение по результатам экспериментального исследования спектра излучения лазера с газовой кюветой внутри резонатора // Выписка. ИОА СО РАН от 21.03.2006 г. С. 1-2).

Пример

Согласно «Заключению …» пик монохроматического сигнала (Фиг. 4) в провале лазерного излучения накачки от естественной линии поглощения 694,38 нм электродипольного перехода 4-3 (000)⇒5-4 (103) Н2О (Фиг. 3) был зарегистрирован на широкополосном внутрирезонаторном лазерном спектрометре на рубине при макропараметрах молекул воды ; , T≈300K и уширяющих молекул азота ; , T≈300K. На Фиг. 4 показан монохроматический пик ММ излучения на частоте ММ перехода, смещенного в ИК-область от центра провала (4-3(000)⇒5-4(103) на ~0.63 ГГц (~0.0209 см-1). Оценка полученного результата в рамках заявляемого способа.

Бигармоническое излучение лазера на рубине в свободной генерации состояло из цепи двугорбых пичков τpich≈50 нс в импульсе τpul≈20 мкс при энергии пичка Wpich≈3.9⋅104 эрг. Двугорбый пичок содержал комбинирующие m и n моды излучения с шириной δωm,n~ 30 МГц линии в объеме ΔVq≈30 см3 (и), т.е. каждый двугорбый пичок играл роль импульса БИ. Межмодовый интервал в двугорбом пичке, равный ω-q,mn≈40÷60 МГц, обеспечил выполнение условия (4) для частот ω-q, ω+q при частоте упругого столкновения молекул Н2О и N2.

Так как поле в резонаторе, как хорошо известно, выше, чем вне его в 8-10 раз, то число фотонов в двугорбом пичке составляло Nph≈4.6⋅1014 см3 - условие (6а) при отношении интенсивностей в модах m и n двугорбого пичка, удовлетворяющем условию (7). Здесь - скорость молекулы Н2О,σес≈10-6 см2 и - сечение упругого столкновения и число молекул N2; ω103=4.2⋅105 ГГц - частота колебательного перехода (000)⇔(103).

При выполнении соотношений (2, 3, 4, 5а, 5б, 6а, 6б, 7, 8), коллектив полей, и , возмущает молекулы H2O на этапе (2) так, что в момент амплитуды колебаний и становятся достаточными для запуска механизма двумерной нелинейной и нелокальной ПОС по V-схеме переходов (3). К концу этапа (2) амплитуды колебаний достигают критических значений ,. При этом неравенство в (4) и (6б) становится равенством, что характеризует результат самоорганизации ансамбля наночастиц, объединенных полем СВЭП на частоте приготовленного ММ перехода, где в области естественного уровня 5-4(103) на электронной поверхности молекул образовалась дополнительная потенциальная яма, Фиг 3. То есть, каждая молекула H2O в объеме когерентности ΔVq* (1) за q*=2.5 103 шагов на этапе (2) преобразует энергии коллектива полей и электронно-вращательно-колебательного движения в пороговую диамагнитную энергию в область состояния 5*-4q*(103), что существенно превышает энергию радиационных потерь .

Объем когерентности (1) принял форму многоцилиндрического (по числу зон Френеля) «соленоида-резонатора» из-за наночастиц, которые связаны полем СВЭП на приготовленном ММ переходе . Ансамбль диамагнитных наночастиц электрон-ион, обладая свойством диамагнитного фотонного кристалла, преобразует БИ линейной поляризации в монохроматический сигнал эллиптической поляризации на несущей частоте ωxq*≈4.320464⋅105 ГГц по приближенным правилам отбора ΔJ=0; ±MJ=0.

Таким образом, поставленная цель достигается путем использования суммарного воздействия коллектива полей для запуска в молекулярном газе двухмерной ПОС между энергиями квадратичных эффектов Штарка и Зеемана. Самоорганизация молекул в оптически активный ансамбль диамагнитных наночастиц электрон-ион приводит к генерации ММ излучения на приготовленном ММ переходе , что открывает возможность промышленного производства лазеров с излучением нового типа: когерентность высокого порядка, винтовой фронт и большой орбитальный магнитный момент.

1. Способ самоорганизации оптически активного ансамбля диамагнитных наночастиц электрон-ион, использующий объем когерентности, где на каждую молекулу воздействуют одновременно электрическим, магнитным полем, наведенным в молекулах упругим столкновением с уширяющими частицами, и электрическим, магнитным полем бигармонического волнового пакета; получают колебания электрической поляризуемости и диамагнитной восприимчивости молекулы, наведенные полем столкновения молекулы с частицей, и обеспечивают попадание разности и суммы частот бигармонического волнового пакета в область параметрических резонансов к стартовому и рабочему вращательным переходам, объединенным низшим вращательным состоянием в V-схему или к стартовому и рабочему колебательно-вращательным переходам, объединенным низшим колебательно-вращательным состоянием в V-схему; затем реализуют в молекулах среды механизм двумерной (нелокальной) положительной обратной связи по V-схеме между энергиями поляризации-прецессии и индукции-нутации на стартовом и рабочем вращательных или колебательно-вращательных переходах, превышающими энергию радиационных потерь и «замораживающими» вращение ядер путем усиления прецессионно-нутационного движения электронов при задании отношения интенсивностей от 3/1 до 8/1 для волны большей и меньшей частоты; при этом берут плотность фотонов бигармонического излучения, превышающую плотность молекул на стартовом состоянии вращательного или колебательно-вращательного перехода, а плотность уширяющих частиц выбирают превышающей плотность фотонов бигармонического излучения и достаточной для попадания частоты упругого столкновения молекул с уширяющими частицами в область резонанса к рабочему вращательному или колебательно-вращательному переходу, и достаточной для создания диамагнитной амплитудно-фазовой ловушки фотонов в области рабочего перехода, позволяющей молекулам накопить в процессе упругого столкновения критериально сильное магнитное поле, соответствующее пороговой диамагнитной энергии, превышающей удвоенную энергию молекулы в стартовом вращательном или колебательно-вращательном состоянии, отличающийся тем, что в молекулах используют V-схему из низкочастотного электродипольного (стартового) перехода и высокочастотного магнитного мультипольного (рабочего) перехода; каждую молекулу в объеме когерентности возмущают одновременно двумя коллективами полей, состоящими из векторной суммы электрических компонент и из векторной суммы магнитных компонент поля, индуцированного упругим столкновением молекулы с уширяющей частицей, поля бигармонического излучения линейной поляризации и поля релеевского рассеяния; получают колебания, имеющие взаимную корреляционную связь с колебаниями положения состояний V-схемы переходов и со знакопеременной внутренней амплитудно-фазовой модуляцией бигармонического излучения, а также используют самоорганизацию нелинейного ускорения механизма двумерной во времени-пространстве нелокальной положительной обратной связи с последующим преобразованием энергии двух коллективов полей и энергии электронно-вращательно-колебательного движения молекул на подготовительном этапе в диамагнитную энергию и ее накопление на высоковозбужденном уровне рабочего перехода до пороговой величины при нелинейном ускорении самоорганизации молекул в оптически активный ансамбль диамагнитных наночастиц электрон-ион на магнитомультипольном переходе, приготовленном в области рабочего перехода, что фиксируется сигналом на частоте приготовленного магнитомультипольного перехода.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость самоорганизации молекул в оптически активный ансамбль диамагнитных наночастиц электрон-ион увеличивают, например, в тысячу раз.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длительность упругого столкновения каждой молекулы с уширяющей частицей составляет величину много меньшую, например, в тысячу раз, чем длительность бигармонического излучения из двух волн.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оптически активный ансамбль диамагнитных наночастиц электрон-ион получают в форме многоцилиндрического (по числу зон Френеля) «соленоида-резонатора».



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерной технике. Малогабаритный инфракрасный твердотельный лазер содержит лазер накачки и кристалл Fe2+:ZnSe - пассивный модулятор добротности, При этом на грани кристалла Fe2+:ZnSe, параллельные оптической оси лазера накачки, нанесены полупрозрачное и отражающее диэлектрические покрытия.

Изобретение относится к средствам обеспечения циркуляции активной среды жидкостных лазеров и может быть использовано преимущественно в непрерывных струйных лазерах на красителях.

Твердотельное лазерное устройство с оптической накачкой содержит активный элемент (302) в резонаторе (221, 302). Несколько лазерных диодов накачки (100) выполнены с возможностью отражения излучения накачки от одной поверхности зеркала резонатора.

Изобретение относится к лазерной технике. Инфракрасный твердотельный лазер содержит лазер накачки, кристалл Fe2+:ZnSe - пассивный модулятор добротности и дополнительный резонатор.

Высокомощный сверхъяркий малошумящий источник накачки содержит затравочный источник, который генерирует малошумящий световой сигнал, множество высокомощных полупроводниковых лазерных диодов, объединенных для испускания излучения вспомогательной накачки, и легированный Yb мультимодовый волоконный преобразователь длин волн излучения вспомогательной накачки.

Изобретение относится к лазерной технике. Дисковый лазер состоит из оптического резонатора с первой оптической осью, активной пластины, имеющей первую поверхность и вторую поверхность, размещенной внутри оптического резонатора и закрепленной на хладопроводящей подложке своей первой поверхностью, лазера накачки, системы фокусировки излучения лазера накачки и многопроходной оптической системы накачки.

Изобретение относится к способу управления импульсным режимом генерации лазерного излучения в лазерной установке на основе твердотельного лазера на кристалле Nd:YAG с диодной накачкой активной среды.

Изобретение относится к оптоэлектронике. Способ генерации электромагнитного излучения в терагерцовом диапазоне заключается во взаимодействии направленного возбуждающего излучения с активной средой образца и получении вторичного электромагнитного излучения.

Изобретение относится к лазерной технике. Твердотельный лазер дисковидной формы включает в себя матрицу (1) полупроводниковых лазеров накачки, резонатор с кристаллом (6) дисковидной формы и выходной линзой (8), ударно-струйную систему (10) охлаждения лазерного кристалла (6) и коллиматор (2) пучка накачки.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при создании коротковолновых источников когерентного излучения Твердотельный ап-конверсионный лазер включает ап-конверсионную лазерную среду, помещенную в оптический резонатор, и устройство накачки, включающее два полупроводниковых источника излучения на длинах волн λ1 и λ2 и волоконный модуль, расположенный таким образом, что оптические выходы обоих источников излучения накачки сопряжены с волоконным модулем, а фокусирующая система выполнена ахроматической на длинах волн λ1 и λ2 и расположена таким образом, что выход волоконного модуля сопряжен через нее с ап-конверсионной лазерной средой.

Настоящее изобретение относится к устройству, применяемому для детектирования аффинностей связывания, а также способу детектирования аффинностей связывания согласно соответствующему независимому пункту.

Изобретение относится к области генерации оптического излучения и касается способа получения фотолюминесценции отдельных центров окраски в алмазе. Способ включает в себя воздействие на алмазный образец возбуждающим излучением и сбор излучения центров окраски с лицевой поверхности образца с помощью оптической системы.

Изобретение относится к технике измерения электрических токов и может быть использовано для градуировки и исследования характеристик бесконтактных волоконно-оптических датчиков электрического тока на основе кристаллов BSO.

Изобретение относится к способу и датчику для проверки ценного документа, который перемещается относительно датчика. Датчик выполнен для одновременного обнаружения люминесценции в двух различных спектральных диапазонах на одном и том же месте обнаружения.

Изобретение относится к экологии, лимнологии, океанологии и может быть использовано в качестве устройства для проведения in situ исследований антропогенной загрязненности природных акваторий с морской и пресной водой.

Изобретение относится к оптическому анализатору. Оптический анализатор содержит оптически интегрирующую полость, сформированную по меньшей мере одной светорассеивающей стенкой и адаптированную для помещения в нее образца твердого сельскохозяйственного продукта, состоящего из одного или более элементов образца, и источник оптического излучения, испускающий излучение в оптически интегрирующую полость.

Группа изобретений относится к медицине и может быть использована для измерения уровня гемоглобина у пациента (38). Медицинская система (10) содержит проекционную систему, систему получения изображения, модуль гемоглобина.

Изобретение относится к области анализа материалов и касается оптического датчика для анализа жидкости. Датчик содержит расположенную в корпусе центральную секцию канала, по которому течет подлежащая анализу жидкость, и устройство спектрального анализа, содержащее источник инфракрасного излучения, испускающий сигнал, который принимается принимающим устройством после того, как проходит через анализируемую жидкость, несущую пластину, которая несет инфракрасный источник и принимающее устройство.

Заявленное изобретение относится к научному приборостроению, а именно к приспособлениям для фиксации образцов при проведении исследований. Блок держателя образца, предназначенный для проведения комбинированных измерений с помощью рентгеноструктурного анализа в скользящем пучке и дополнительных физико-химических методов исследования, представляет собой металлический корпус, в котором установлен нагревательный элемент, закрепленный на керамическом экране, и снабженный съемной верхней крышкой, оборудованной окошком для обеспечения проведения УФ-облучения исследуемого образца, и гибкими подводами для соединения с электронным блоком устройства контроля температуры.

Изобретение относится к области оптико-физических измерений и касается способа неразрушающего контроля качества теплового контакта термоэлектрического модуля. Контроль осуществляется путем определения наличия/отсутствия воздушных полостей в его структуре методом спектроскопической эллипсометрии.

Изобретение относится к квантовой технике. Способ самоорганизации оптически активного ансамбля диамагнитных наночастиц электрон-ион заключается в создании объема когерентности, где на каждую молекулу резонансно по энергии воздействуют векторной суммой коллектива полей, состоящего из электрического и магнитного поля, индуцированного в молекулах упругим столкновением с уширяющими частицами, электрического и магнитного поля бигармонического излучения накачки на частотах ω1, ω2, электрического и магнитного поля релеевского рассеяния. Двумерная обратная связь приводит к эффективному преобразованию энергии коллектива полей и энергии электронно-вращательно-колебательного движения молекул в диамагнитную энергию и ее накоплению до пороговой величины в области высокого уровня рабочего перехода за время, меньше одного упругого столкновения молекулы с уширяющей частицей. Преобразование энергии коллектива полей и электронно-вращательно-колебательного движения молекул в их диамагнитную энергию осуществляется за счет индукции показателя преломления молекулярного газа с образованием нелинейного перекрестного сомножителя ЕН. Этот процесс позволяет молекулам в разных участках объема когерентности бигармонического излучения накачки корректировать амплитудно-фазовые соотношения между элементарными возмущениями молекул и запустить механизм двумерной обратной связи на двух KB или двух вращательных переходах. Технический результат заключается в обеспечении возможности создания технологии высокоскоростной самоорганизации оптически активного ансамбля наночастиц электрон-ион со свойствами диамагнитного фотонного кристалла для большого числа практических применений. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх