внутрирезонаторная лазерная спектроскопия

ВНУТРИРЕЗОНАТОРНАЯ ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ - метод лазерной спектроскопии, в к-ром исследуемое вещество помещается внутрь резонатора лазера с широкой спектральной полосой генерации. (Др. методы лазерной спектроскопии используют узкополосные лазеры.) В традиционной абсорбц. спектроскопии для изучения спектра поглощения вещества свет от внеш. широкополосного источника интенсивностью (где - частота излучения) пропускают через слой поглощающего вещества. Прошедший свет оказывается ослабленным в соответствии с Бугера - Ламберта - Бера законом тем больше, чем выше показатель поглощения исследуемого вещества . Для исследования слабого поглощения необходимо увеличивать оптич. длину пути l; с этой целью применяют многоходовые оптич. кюветы, в к-рых свет, отражаясь от торцовых зеркал, многократно проходит через исследуемое вещество. Число таких проходов ограничено потерями света при отражении от зеркал.

В методе В. л. с. эти потери компенсируются усилением в активной среде, т. е., по существу, роль многоходовой кюветы играет резонатор лазера. При стационарной генерации из-за конкуренции процессов накачки и вынужденного излучения усиление в активном элементе с точностью до влияния спонтанного излучения оказывается равным потерям резонатора. Однако это равенство выполняется не для каждой конкретной частоты, а для усреднённых (в пределах однородно уширенного контура усиления активной среды) потерь и усиления. T. о. оказываются скомпенсированными широкополосные потери на зеркалах резонатора. Если линии поглощения вещества узки по сравнению с величиной однородного уширения контура усиления активной среды лазера, то поглощение не компенсируется усилением и проявляется в спектре генерации лазера.

В стационарном режиме в области, где отсутствует поглощение, интенсивность генерации остаётся постоянной, а на частоте линии поглощения она изменяется по закону:

Выражение (*) аналогично закону Бугера - Ламберта - Бера, а величина эфф. оптич. пути l определяется произведением скорости света с на длительность t импульса генерации лазера в окрестности исследуемой линии поглощения. При длительности импульса 10^-2 с l достигает 3*10⁸ см, что позволяет обнаруживать поглощение ~10^-9 см^-1, т. е. примеси атомов с концентрацией до 10⁴ атомов/см³. Принципиальное ограничение роста чувствительности приборов, основанных на методе В. с., с ростом длительности импульса генерации возникает вследствие неточной компенсации широкополосных потерь из-за спонтанного излучения. Теоретич. оценки показывают, что предельный уровень чувствительности, ограниченный влиянием спонтанного излучения, должен быть ~10^-12 см^-1. Реально чувствительность определяется либо длительностью импульса (при использовании импульсных лазеров), либо техн. нестабильностями, прерывающими генерацию или изменяющими её спектр (для непрерывного лазера). Достигнутая экспериментально чувствительность составляет ~10^-9 см^-1 (что соответствует толщине поглощающего слоя ~10⁹ см) и позволяет обнаруживать по спектру поглощения примеси атомов с концентрацией до 10⁴ атомов/см³.

В методе В. с. применяются любые широкополосные лазеры - на органич. красителях, органич. стёклах, кристаллах, активированных редкоземельными элементами, лазеры на центрах окраски в щёлочно-галоидных кристаллах и т. д. Эти лазеры позволили перекрыть весь видимый и ближний ИК- (до 3 мкм) диапазон.

Метод В. л. с. находит применение для исследования спектров поглощения газов, исследования малых примесей, загрязняющих атмосферу, высоковозбуждённых состояний атомов и молекул, моделирования оптич. свойств больших толщин газов, напр. атмосфер больших планет, исследования процессов в плазме и кинетики хим. реакций, для поиска новых активных сред лазеров и т. д.

Лит.: Баев В. M. и др., Внутрирезонаторная спектроскопия с использованием лазеров непрерывного и квазинепрерывного действия, "ЖЭТФ", 1978, т. 74, с. 43; Бураков В. С., Развитие метода внутрирезонаторной лазерной спектроскопии, "Ж. прикл. спектроскопии", 1981, т. 35, с. 223; Лукьяненко С. Ф., Mакогон M. M.. Синица Л. H., Внутрирезонаторная лазерная спектроскопия, Новосиб., 1985.

Э. А. Свириденков.

   <<      Предметный указатель      >>