СПОСОБ САМООРГАНИЗАЦИИ ОПТИЧЕСКИ АКТИВНОГО АНСАМБЛЯ ДИАМАГНИТНЫХ НАНОЧАСТИЦ ЭЛЕКТРОН-ИОН Российский патент 2018 года по МПК G01N21/00 H01S3/94 

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=(ω_1q-ω_2q)/2 (Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика. - М.: МГУ. 2004, С. 505)

E(z,t_q)=ACos(ω_1qt_q-k_1qz)+ACos(ω_2qt_q-k_2qz)≡2ACos(ω_-qt_q)(t_q-zk_-q/ω_-q)Cos(ω_+qt_q-k_+qz)

при отношении амплитуд волн БИ линейной поляризации на частотах ω_1q, ω_2q, равном A_1q=A_2q=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=(ω_1q+ω_2q)/2 при отношении амплитуд волн А_1q/A_2q≠1. При этом образуется седлообразный узел и нелинейный сомножитель J~ЕН от перекрестных слагаемых Е и Н в индуцированных дипольных моментах d_e и d_m упругим столкновением молекулы с частицей.

Здесь k_-q=(k_1q-k_2q)/2, k_+q=(k_1q+k_2q)/2; k_1q=n(ω_1q)ω_1q/c, k_2q=n(ω_2q)ω_2q/c; и - групповая и фазовая скорости БИ; q=0, 1, 2, 3, … q*=ω_+q=0/ω_-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 ω_1q, ω_2q с шириной спектра δω_1q≈δω_2q≈δω_q 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 τ_ес и T_R-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 2Δ_JK≈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 ω_1q и ω_1q 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 ƒ_R 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 g_q 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 N_ph БИ линейной поляризации в объеме (1) задают превышающим число молекул N_D на стартовом состоянии стартового перехода, а число уширяющих частиц N_b превышающим число фотонов

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

с участием частот ƒ_R 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 t_q≥0 запускается механизм двумерной во времени-пространстве нелинейной ПОС, который резонансно увеличивая индуцированный тензор гирации g_q 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 ω_Xq≈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 N_D 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 N_D в ансамбль наночастиц в конце этапа (2) и сигнала ММ излучения с винтовым фронтом вдоль оси распространения на несущей частоте ω_Xq*≈ω_+q*.

Условие 5. Начальный шаг поля БИ накачки задают так

чтобы механизм двумерной ПОС, изменяя , , g_q→g_q* 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 r_q 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 N_D 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 N_D 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 g_q→g_q*, , и снимется пространственное вырождение высоковозбужденного уровня рабочего перехода молекул по магнитным подуровням M_J.

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 t_q≥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 N_D находится одновременно во всех точках когерентного объема (1). Возникает корреляционная связь между амплитудно-фазовыми колебаниями коллектива полей , , колебаниями положения трех уровней (3) молекул N_D 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 N_D 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 g_q→g_q* молекул с изменением частоты ω_+q→ω_+q*≈ω_Xq* 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 +M_J и -M_J 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 ^M_RSO 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 ω_Xq*≈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 τ_pich≈50 нс в импульсе τ_pul≈20 мкс при энергии пичка W_pich≈3.9⋅10⁴ эрг. Двугорбый пичок содержал комбинирующие m и n моды излучения с шириной δω_m,n~ 30 МГц линии в объеме ΔV_q≈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 N_ph≈4.6⋅10¹⁴ см³ - условие (6а) при отношении интенсивностей в модах m и n двугорбого пичка, удовлетворяющем условию (7). Здесь - скорость молекулы Н₂О,σ_ес≈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 ΔV_q* (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 ω_xq*≈4.320464⋅10⁵ ГГц по приближенным правилам отбора ΔJ=0; ±M_J=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.

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.

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».