субмиллиметровая спектроскопия

СУБМИЛЛИМЕТРОВАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ - раздел радиоспектроскопии субмиллиметрового диапазона (10¹¹ -10¹² Гц) эл--магн. излучения. Субмиллиметровый диапазон экспериментально более труднодоступен, чем граничащие с ним ИК- и СВЧ-диапазоны, поэтому возникновение С. с. относится лишь к 1970-80-м гг., когда были созданы монохроматич. генераторы субмиллиметровых волн, разработаны и освоены новые измерит. методы, аппаратура. Совр. субмиллиметровые спектрометры непрерывно перекрывают весь диапазон и обеспечивают получение спектральных характеристик твёрдых, жидких и газообразных веществ с точностью, не худшей, чем в соседних диапазонах.

Наиб. распространены 2 метода С. с.: 1) фурье-спектро-скопия, являющаяся продолжением и развитием методов классич. спектроскопии, основанной на использовании не-монохроматич. теплового излучения (см. Фурье спектроскопия, Фурье-спектрометр); 2)монохроматич. спектроскопия с применением монохроматич. генераторов, обладающих широкодиапазонной непрерывной перестройкой частоты. Наибольших успехов достигла разработанная в России монохроматич. С. с., основанная на использовании эл--перестраиваемых по частоте генераторов типа ламп обратной волны (ЛОВ), иногда называемая ЛОВ-спектроскопией. С. с. с применением лазеров распространена значительно меньше из-за узкополосности перестройки лазеров. По сравнению с фурье-спектроскопией в субмиллиметровом диапазоне ЛОВ-спектроскопия имеет значит. преимущество по таким осн. параметрам, как разрешающая способность r~10⁵ - 10⁷(r= v/dv, где dv - мин. разрешимый интервал по частоте) и динамич. диапазон D = P_макс/P_мин~10⁶, где Р_макс, Р_мин -макс. и мин. мощности регистрируемых сигналов. Это позволяет методами ЛОВ-спектроскопии успешно проводить исследования, напр., узких резонансных линий поглощения с добротностью 10⁶, а также исследовать вещества в области резких изменений их свойств (напр., при фазовых переходах).

Принципиальная схема ЛОВ-спектрометра включает генераторный блок (ЛОВ с соответствующим высокостаби-лизир. электронным питанием), приёмный блок (чаще всего оптико-акустические приёмники или охлаждаемые кристаллич. приёмники) и измерит. квазиоптич. тракт, где формируется одномодовая или плоская линейно поляризованная волна и осуществляется её взаимодействие с исследуемым образцом. В измерит. аппаратуре используются одномерные проволочные сетки, апертура к-рых много больше длины волны, а период расположения проволочек меньше длины волны, а также металлизир. плёнки с заданными величинами импедансов.

Современные высокоавтоматизир. ЛОВ-спектрометры, в к-рых как управление процессом измерения, так и обработка полученных данных измерений осуществляются ЭВМ, дают возможность получать в реальном масштабе времени амплитудные, разовые и поляризационные спектральные характеристики эл--магн. волны до и после её взаимодействия с исследуемым объектом, в т. ч. в условиях разл. внеш. воздействий (темп-pa, давление, постоянные электрич. и магн. поля, эл--магн. излучение разл. частот). Спец. матем. программы позволяют по этим данным вы-числять зависимость от частоты фундам. параметров исследуемого вещества (напр., комплексных диэлектрич. и магн. проницаемостей).

Данные, полученные методами С. с., весьма важны для решения ряда задач техники, связанных, напр., с изучением особенностей распространения субмиллиметрового излучения в атмосфере и локации, для анализа примесей в особо чистых веществах, для неразрушающего контроля. Принципиальное значение они приобретают в тех случаях, когда характеристич. частоты и энергии исследуемых явлений соответствуют именно этому диапазону (0,4-4 мэВ). В физике твёрдого тела это, напр.,- ДВ-колебания решёток ионных и молекулярных кристаллов; изгибные колебания длинных молекул, в т. ч. полимеров и биополимеров; характеристич. частоты примесей в диэлектриках, в т. ч. в лазерных кристаллах; в полупроводниках это - энергии связей примесных комплексов, экситонов, зеемановские и штарковские переходы возбуждённых состояний примесей; мягкие моды в сегнетоэлектриках; магн. резонансы (циклотронный, анти- и ферромагнитный); энергии щелей в сверхпроводниках. С. с. успешно применяют для исследования суперионных проводников и магн. полупроводников. При помощи С. с. получены новые данные о механизмах поглощения в кристаллах, динамике кристаллич. решётки, природе фазовых переходов в твёрдых телах (в частности, в сверхпроводниках), сегнетоэлектриках, упорядоченных магн. системах. С. с. применяется в методах диагностики плазмы, космич. радиоспектроскопии; в химии- для изучения строения молекул, механизмов хим. реакций, сил Ван-дер-Ваальса и т. д. Перспективно использование С. с. в биологии для изучения строения сложных биол. структур, резонансного взаимодействия с биол. объектами, особенно на уровне живой клетки, а также для определения результатов воздействия субмиллиметрового излучения на живой организм в целом. Особо надо отметить исследования методами С. с. воды как осн. компонента биол. объектов.

Лит.: И рисова Н. А., Метрика субмиллиметровых волн, "Вестник АН СССР", 1968, в. 10, с. 63; Лампы обратной волны миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн, М., 1985.

   <<      Предметный указатель      >>