Способ измерения концентрации метастабильных атомов газа и их времени жизни

 

О 0

ИЗОБРЕТЕНИЯ

ИСА НИ Е 469179

Союз Советских

Социалистических

Республик

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! б ), f,i) 110, I!.111 С, I»IIÎ(. и cl !J 1 . СЬНд В) (51) )*Г. Кл. Н 01s 3 ОО б 01п 21/46

Н 05h 1/ОО (22) Заявлено 04.01.74 (2!) 1983582/26-25 с прп;ос:Illlli lilli ì заявки ¹â€” (23) Г1риорптст -—

Оп(бл н к;: В I li 0 30.04.75. Бюллетень ¹ 16.

Гасударственный комитет

Сонета Министров СССР по делам изааретвний и открытий. (53) УДК 533.9. (088.8) Дя!я оиублико»аппя описания 30.!1.76 (72) Л»)ор),! изобрстсflilii

Л. А. Мельников, В. А. Седельников и В. В. Тучин

Научно-исследовательский институт механики и физики (! ) )с!) НИТ(.1» (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

МЕТАСТАБИЛЬНЫХ АТОМОВ ГАЗА И ИХ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ

" 7

/ - - >) ))< / ч )>< 2 "2

/П /1 /)! / /

) (/. бг ((). I) =

2ппi, (U„,((), I) — — 1

) I льч(25

/. J! /i, .О „,((В, I)

2 2 (1

Изобрстс),пс о!)юсится к лязс;)пой спскгроскопии и может быть использовано прп необ.О.LIIXIOC ГИ Oil))C;IC/IVIII!51 Каи 1 ОИЦСНТРЯЦИИ сl ГОмоВ, так и Ilx Dpcxl c! I II жизни в мста стяОП Il II I)I x. состояниях I; нлазмс газового разряда.

1 1Звсс 1 сн cfl()c00 измсре!1!151 концсиTрсlцпи атомо» газа» мст IcTBo! I lbl:blx состоя)п;ях, O C I I O»» !!! I hl l l Н Я П 3 М Е Р (.". Н И И С Д В Н Г Я Р С 3 O I f H i: C I l () I l част() Гы 133ñ;) :fîãî интер(1)еро)!Ст ря, В к() Го )l>ill пÎ \! сL)jc I) Я Ilc I ñò1 c )1Я Я п/! а 3;I;!, 0,TIlc1I(O ЭТОI CIIOCÎO IIC Г!ОЗВ01ЯС) О 1;10»1)(. XICIIIIO СИIРСДЕЛЯТЬ КО!1ЦСНТРс)ЦИ!О;I ВРС )151 ЖИЗнн атомов, ll(позволяет измерять я()солют)нк

)!ra и точность измерений, так к ! . )IcIIO I b3(ется ими),, )ьсиы Й clloc00 возб(ilx-!

СII1151 )IС",!C:LVC..")!01! 11/! азмbl 11 ОСL111,!ЛОГI)c!фнЧСский метод регистрации полезного сигнала.

Цель изобрстс:II» — повышение точности н быстродействия способа измерения концснтрац!и! атомов в метастябилы!ы: состояи:i»x с применением его тяl(жс для одноврcx!c:Iïого

ИЗМЕРЕНИЯ ВРСМСI! II жиЗНП атОМО»» Этнк

С 0 С Т 0 Я I!11 51 X .

Ь предлагаемом. Способс это достигается за счет того, что подвергают амплитудной . моду/I5IfLIIli ток ра",ðÿäà, измеряют девиации) резонансной частоты лазера прп рах!Пчн))!х час оТ3Х мод(I JJILJIII !I по !)Сз(т!Ьтятям 113XICI)C! f! Ilf

С ) ДЯT ОО НCКОМЫ Х В(. Лн IIП(ЯХ.

1(!ОД)), 1 ПРУIOT ТОК РЯ 3Р51ДЯ В IICC/l(Д)) C (IOM ооьеме пo гармоническому закону на определс;! !ых частоты (!) (Определенных ниже). 3ТО

5 IIРИВ(1ДН 1 Л)0/! < Л5!Ц) .Н 1(Ollll(IIT});!I(1!11 ЭЛСКТРОНО», Jl, 1(сl К С, l i,10 Г» i, К . <10.1(/1)lцпн ll clCi, Ii 1!110

CT!I ), РО))Н)(.ll, 1(<)1()!) I il. ) C»i)IO ОЧСРСДЬ, Il!)Ill)0

ДН 1 К И.). /! ()М/)СИПЯ

J l/J с)3 (ll)f 1 . В)13 l li i, <) М (С i, i! Xl C/L!)IJ I ((Oi)CTIJCI!)О Il()ll част )ы р(.>о:i» I,0, );I. Кяк Вс 11!!i!Ill(i тока

;) с)3 РЯ:(с), ТЯ! l! (i !):(10:1), I )Ill! I5l L;),1 Жни) СООТ»СГCT»0!)clTI) /!)lili II!I. ll 00/<сlс 1".1 ЗЯВИСИМОС)И

l(0 I 11<. 1i 1 ) i!Ill !1 )и() 1 i! с i с! бl), l ьн1>)X с!1 омон ОТ 1 01(я.

П(c) I)»l)I О;.) Я l! л 13<. ;) c Lë i!:1011 »О,! Вь) Рсзоl 5 I I cl I c i; () I <) и 3/1 )) ч с". и Я . /. н Я с 1 О л ь к О О/1 и 3 и 0 Й к длине J i>/Iны /.„>, Ii()рсходii между мстастаоильным;)ОВ! См я Гомо» ьч и уровнем /! энер.

Гн)1, Ч1 О В ИЗ Вести о. <1 »1>1 раЖ(). I IIII ПОКаз сlТ() Я

П f)С/lом/IС!..!IЯ 3!() Кl!(ИСTсl))111 Ь ЛИИIЬ ОД!10 i, IЯ20 гаем ос:

30 Г I() ()L ((<) 1 ) !(. 1)liсlцня ЧВC )ОТЫ 1 I )ни с

469179 гИ т

= — Х +aI; 1=1е+рэ1поз1, Г!редмет изобретения

Составитель В. Сошников

Техред Г. Дворина

Корректор P. Юсипова

Редактор Н. Коляда

Заказ 5826 Изсь М 1642 Тн ра ж 869 Подписное

Ц11ИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская нвб., д. 4/5

Обл. тнп. Костромского управления издательств, полиграфии н книжной торговли резонатора, l — длина разряда; Л„„, — длины волн переходов, начинающихся на уровне m u кончающихся на уровнях л; 1„,„— сила осциллятора перехода т — г; т =Я/1 — глуоина модуляции тока разряда I; Л „, — — концентрация атомов на уровне m; оз — частота модуляции; е, т, — заряд и масса электрона; с — скорость света в пустоте.

Из уравнения, описывающего измсненнс во времени концентрации атомов в метастабильном состоянии где Г, — обратное время жизни; а, р=сопв1— коэффициенты пропорциональности, нетрудно получить для установи вшегося режима (t асЛ ) за висимость дЛ1„(го, 1) дУ (О, 1) dl д1,ГГг +„г

Комбинируя оба уравнения, получим

1 1

6v (ез, I)

2ггт,с I- р 1 г„„+ озг

Л д дУ„, (О, 1) тт 1.

Л Лйт дт откуда видно, что по измерениям той частоты, при которой

6ю (оз, I) =Au(0, 1)/ ) 2 (оз=Г) можно определить время жизни данного состояния.

Отметим, что вклад в показатель преломления и девиацию частоты со стороны электронной компоненты на частотах со — Г,„на

2--3 порядка меньше девиации, обусловленной поглощающими переходами.

Для оценки точности метода и диапазона измеряемых концентраций воспользуемся вы5 ражением для коэффициента поглощения о г *г г

2е б. л1ll пг . тс- г1!г 1г, )г с

10 где, . „, =-.—, I ширина ровня сп едн г яицах длин волн. 1 асчет Ilo этой формуле при

«(10 — - сги — и ГП1 — 10 — 10в гч, Л4„„приводит к Л,„(10" сл . В случае же

15 Л вЂ” Лл,„>, "; „, верхнее значение для Л „, может быть уве,тичено на несколько порядков.

Минимальная измеряемая девиация, определяется техническими флуктуациями Ilà ма20 лых частотах, составляет 10 †1 гц, что соответствует при М порядке 10 гц точности определения Л „, 0,1 % и абсолютного значения

Nò) 10 0cv 3

Способ измерения концентрации метастабильных атомов газа и их времени жизни в газоразрядном приборе с исследуемым газом, зо помещенными в активный объем резонатора лазера, оглича ои!ийся тем, что, с целью повышения точности и расширения пределов измеряемойй величины, подвергают а м пл итудной модуляции ток разряда, измеряют девиацию

35 резонансной частоты лазера при различных частотах модуляции и по результатам измерений судят об искомых величинах.