Способ внутрирезонаторной абсорбционной спектроскопии Советский патент 1982 года по МПК G01J3/42 

Предложенное техническое решен/не относится к области лазерной спектроскопии. В частности оно -может быть использовано для обнаружения слабых линий поглощения (усиления) и определения малых значений жоэффищИбнтов Поглощения.

Из естан способ абсорбциониой спектроскопии 1. При этом через исследуемую среду Пропускают зондирующее излучение на частоте линии иоглощения и регистрируют его интенсивность до входа в исследуемую ореду и -н.а выходе из нее. Оптическую пЛОт.ность среды иа частоте Езлуч-&ния определяют на основании закона Бугера, сравнивая энергетические характеристики ладающего и прошедщего через среду излучения.

Недостатком способа является низкая чу.вств1ительность и ;в связи с эт;ИМ 1Н€обходимость иолользо-вания .при достаточно малом Поглощении сред (больщих оптических длин (объемов).

Наиболее близким ло технической сущности является способ внутрирезонаторной. абсо,|рбп1ИОННОЙ спектроскопии 2, основанный на помещении исследуемой среды в резонатор лазера, измерении. отнОЩения глубины провала в интенсивности генерируе, излучения на частоте линии потлощеНИН к интенсивности излучения в о.крест.ностях Провала.

Недостатком этого снОСоба язляется недостаточная для ращения ряда задач чувствительность.

Цель и.зобретения - ловышение чувстаительности способа внутрирезонаторной абсорбционной спектроскопии.

Цель достигается тем, что Создают поте10ри резонатора, различные для волн с ортогональными линейными поляризациями, путем внесения в резонатор элемента, обладающего ЛИнейной а,МПлитудной анизотропией, на исследуемую среду накладывают 55 магнитное поле, величина которого обеспечивает зеемано.вское расщепление контура линии .Поглощения порядка его ширины, причем .направление ноля не совпадает с главными напраВлениям1И элемента. 20 На исследуемую срСду накладывают полеречное малн.итное поле, причем на.Правление поля составляет угол 45° с гласвными направлениями элемента, создающего линейную ам.плитуДНую а.н.изотрап.ию. 25

На фиг. 1 изображена схема, поясняющая способ, случай использования продольного мапнит.ного поля; на фиг. 2 - то же, ПОперечного Матвитного поля (поле 30 обозначено стрелками).

Схема содержит зеркала 1, образующие резойато.р лазера и.а красителе, активный элемент 2 (кювета с красителем), иоляриз-аTQp 3, тюглоЩающая ячейка 4, лом ещеаная в иолость ооланоида, создающего ;матнитыое поле, опект рограф 5. Поляризатор 3 выполняет 1ФУ1НК1ЦИЮ элемеита, «носящего линейную амплитудную анизотропию. Эту функцию могут также выполнять окна кюветы с красителем или поглощающей ячейюи, наклонен,ные к Оити1ческ10Й оси резонатора под углом Брюстера.

При .наложении продольного магнитного поля |на поглощающую 1ВСЛ|едстЕ1ие эффекта Фарадея происходит поворот плоскости поляри-защии излучения, проходящего среду. Угол поворота iB пределах контура линии поглощения за1висит от длины волны и равен юулю за пределами контура поглощения. ПрИ1сутст1В1ие в резоиаторе элемента, Обладающет-о линейной амилитудной анизот)роп:ией, приводит к создайию потерь за (счет иоворота плоскости поляризации излучения, проходящего через ячейку. Эти лотери загаисят от поворота плоскости поляризации и равны нулю за пределами кантгура поглощения, где поворот отсутствует. Такицм образом, к потерям, возникающим за счет просто поглощения, как это имеет место в случае обььчного способа .влутрирезонаторной абсорбционной спектроскопии, добавляются лотери, 0 бусловленные фарадеевским (Вращением плоскости поляризации генерируемого излучения IB исследуемой ореде. Суммарные потери становятся больще пот(ерь :в отсутствие магнитного поля. Глубина провалов в интенсивности генерации при этоМ у1вел ичивается и достигает .максимального зиачения, когда, KiaiK показал расчет, величина мапннтиого поля обеспечивает зеемадов1окое расщепление контура линии поглощения порядка его ширины.

При наложении на исследуемую среду поперечного .магнитщого поля, направление которого не савпадает с главными направлениями частичного поляризатора, вследствие эффекта Коттон-Мутона воз,никает разность набега фаз для волн с ортогональными линейными поляризациями. При эточм генерируемое излучение становится эллиптически поляризованным. Разность набега фаз (а следовательно и степень эллиптичности) зависит от длины волны в пределах контура линии поглощения исследуемой среды и равна иулю за пределами контура. Присутствие в резонаторе частичного поляризатора приводит к за(В1исимости потерь резонатора от разности набега фаз для волн 1C ортогональными линейными поляризациями, а следователыно, и от длины волны проходящего через поглощаю1Щ|ую среду (излучения. Суммарные в пределах контура линии поглощения потери (становятся в ЭТО.М случае (больше, чем в отсутствие магнитного поля. Глубина провала в интенсивности генерируемото излучения возрастает и достигает максимального значения, когда направление, магнитного поля составляет 5 угол 45° с главными каправлениями поляризатора.

Однако роль магнитного поля не исчерпывается увеличением суммарных потерь в пределах контура линии поглощения. Известно, что насыщение поглощения исследуемой среды понижает чувствительность «поооба виутрирезонатарной абсорбционной спектроскопии. Наложение матнитного поля, как показывает расчет, приводит ж

5 уменБщению насыщения ореды и тем самым также повышает чувствительвость способа.

Пример. Предложенный способ был применен для .исследования поглощ:ения

0 пеона на длине волны Я 724.5 им при наложении на исследуемую среду продольного магнитного поля. Газоразрядная неоновая ячейка П|0мещалась в резонатор лазера на красителе, накачиваемого рубиновым

лазером. В качестве элемента, вносящего линейную амплитудную .анизотропию, использовались окна кюветы с .красителем и поглощающей ячейк.и, наклоненные под углом Брк стера к оптической оси резонатора.

0 Давление неона составляло 1,5 мм рт. ст., ТО.К разряда 10 мА. При наложен.ии на поглощающую ячейку магЕИтного поля напряженностью порядка 1 кЭ наблюдалось четырехкратное увеличение глубины провала В интенсивности генерируемого излучения на длине волны Я 724,5 им по сравнению со случаем, когда магнитное поле отсутствовало. В 1отсутствие магнитного поля в по.глощающей среде создание в резонаторе потерь, различных для волн с ортогональными линейными поляр.изациями, путем внесения в резонатор элемента, Обладающего линейной а.мплитудной а.низотропией, не влияет .на чувслвительность спо5 ооба.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить чувствительность способа внут)рирезонатор«ой абсорбционной спектроскопии. Экoпep /мeнтaльнo получено увеличение чувствителыносги в четыре раза без оптимизации условий проведения опыта.

Формула изобретения

5 ;

1. Способ йнутрирезонаторной абсорбционной спектроскопии, основанный на помещении исследуемой среды в резонатор лазера, измерении отношения глубины провала -в интенсивности генерируемого излучения па частоте линии поглощения к жнтенаивности излучения в окрестностях провала, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, создают по65 тери резонатора, различные для волн с ор-тогояальнымм линейными поляризациями, .путем внесения в резонатор элемента, обЛадающего линейной амплитудной анизотропией, на Иоследу-емую среду иаткладыва..ют 1магиитно:е иоле, в еличина которого обеспечи1вает зеемановское расщепление контура лин,ии поглощения порядка его шврл-ны, а «аирл-влание не совпадает с главны/ми «аоравлениями элемента.

2. Способ по п. 1, отличающийся .тем, что на исследуемую среду наклады/ва-. ...ют поперечное поле, п.ричем, иаправлевие ..поля составляет угол 45° с главными (направлениями элемента, создаю;щего линейную амплитудную анизотропию.

Источники информации, принятые во вивмание при экспертизе:

1.Львов Б. В. Атом,но-абсорбционный спектральный анализ. М., «Наука, 1966.

2.Баев В. М., Беликова Т. П., Свириденков Э. А., Сучков А. Ф. Внуприрезонаторная 1спектрос1сопия с использованием лазеров непрерывного и (Квазинепрерывного действия. ЖЭТФ, 74, 43, 1978 (адрототип).

J