Когерентная спектроскопия рассеяния света

Сверхкороткие световые импульсы в когерентной спектроскопии рассеяния света [c.146]

Когерентная спектроскопия рассеяния света [c.240]

На исследуемое вещество направляются два лазерных луча, разности частот которых совпадают с одной из частот собственных колебаний молекулы или кристалла, что приводит к изменению заселенности колебательных уровней. Для анализа используется дополнительный, так называемый пробный, луч. Фактически исследуется стоксово и антистоксово рассеяние пробного луча. Описанную схему принято называть схемой активной спектроскопии рассеяния света. Пробный луч в этой схеме может использоваться как для регистрации фазовых соотношений между элементарными возбуждениями в разных точках среды (между фазами колебаний разных молекул) — когерентная активная спектроскопия так и для регистрации разности населенностей уровней—некогерентная активная спектроскопия. Естественно, что в обоих случаях рассеянный сигнал, получаемый в схеме активной спектроскопии, существенно превышает уровень сигнала, получаемого в спонтанном комбинационном рассеянии. [c.316]

Важной особенностью когерентного варианта активной спектроскопии является то обстоятельство, что в отличие от спонтанного комбинационного рассеяния индикатриса рассеяния существенно анизотропна и рассеянное на молекулярных колебаниях излучение представляет собой хорошо коллимированный практически полностью пространственно когерентный пучок. Его высокая интенсивность и направленность открывает ряд новых возможностей перед спектроскопией рассеяния света. [c.316]

Пользуясь (5) и выражениями для полей, нетрудно записать общие формулы для интенсивности сигналов стационарной и нестационарной когерентной антистоксовой спектроскопии рассеяния света (КАРС) [c.149]

Вторая группа основана на регистрации нелинейного отклика вещества в условиях, когда какая-либо комбинация частот волн накачки попадает в резонанс с электронными или колебательно-вращательными переходами среды. К этой группе методов относятся, например, спектроскопия двухфотонного поглощения и спектроскопия когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС). Эти процессы описываются резонансными нелинейными восприимчивостями. Когерентный характер возбуждения и нелинейного отклика при использовании для возбуждения монохроматических перестраиваемых лазерных источников позволяет на несколько порядков [c.227]

Заслуживает внимания тот факт, что использование лазеров в спектроскопии определяется относительной простотой регистрации сигнала, несущего информацию об исследуемом явлении. Высокая спектральная плотность привела к появлению лазерной спектроскопии, основанной на комбинационном рассеянии, и методов инфракрасной флуоресценции с высоким временным разрешением, а также измерений, основанных на поглощении излучения. Высокая степень когерентности и узость полосы излучаемых частот позволяют использовать лазер для гетеродинной спектроскопии и спектроскопии, основанной на рассеянии света. [c.218]

Подлинную революцию в молекулярной спектроскопии совершили оптические квантовые генераторы когерентного излучения — лазеры, впервые созданные в 1960 г. В результате существенно расширились возможности техники спектроскопии (были разработаны разного типа высокоинтенсивные когерентные монохроматические источники света в широком диапазоне длин волн, работающие в импульсном и непрерывном режиме, лазеры, перестраиваемые по длинам волн, и т. д.) качественно изменились многие методики классической спектроскопии (спонтанное комбинационное рассеяние света, флуоресценция, резонансное комбинационное рассеяние света, спектры возбуждения и т. д.) и, самое главное, были созданы принципиально новые методы исследования вещества (обращенное комбинационное рассеяние, когерентное активное комбинационное рассеяние света, внутри-резонаторное поглощение и т. д.). Сейчас еще трудно предсказать все возможности дальнейшего развития лазеров. Ясно одно, что чувствительность, разрешающая способность, временное разрешение и т, д, изменились всего за полтора десятилетия настолько, что многое, казавшееся ранее фантастичным, как, например, регистрация одиночных атомов в газовой фазе, уже реализовано. У лазерной спектроскопии молекул многое впереди. Одной из сдерживающих причин практической реализации ее идей является сложность их внедрения в серийное производство. [c.10]

Интерференционные явления в когерентной активной спектроскопии рассеяния и поглощения света голографическая многомерная спектроскопия [c.261]

Интерференционная природа спектров когерентного рассеяния света. Связь со спектроскопией спонтанного комбинационного рассеяния. Ключевой проблемой голографической спектроскопии является получение когерентного отклика исследуемой среды. Эта проблема, как уже говорилось выше, решается в схеме когерентной активной спектроскопии рассеяния и поглощения света. [c.263]

Предлагаемый метод активной спектроскопии состоит в зондировании населенностей различных колебательных уровней молекул, которые промодулированы звуковой волной (точнее, сопровождающими эту волну изменениями температуры Т из-за адиабатичности процесса распространения звука). Рассеяние света носит при этом когерентный характер, что приводит к высокому уровню детектированного светового сигнала, а также к его высокой направленности из-за брэгговских условий. [c.61]

Бигармоническая накачка от спектрохронографии и измерения огибающих когерентного и некогерентного откликов к прямой регистрации оптических колебаний. Одно из главных приложений фемтосекундной оптической техники — спектроскопия быстро протекающих процессов. Сейчас это уже сформировавшаяся область со специфическими методическими приемами (эффективно используется как линейный, так и нелинейный отклики среды), с разнообразной экспериментальной техникой. В этом параграфе мы проиллюстрируем ее возможности на примере когерентной спектроскопии рассеяния света — варианте нелинейной лазерной спектроскопии, пожалуй, наиболее тесно связанном с волновой нелинейной оптикой [46, 58]. [c.146]

Лаконичную классификацию различных вариантов когерентной спектроскопии рассеяния света можно дать, пользуясь понятием нелинейной восприимчивости. Поскольку в соответствии с (3.6.3) Q nE возникновение стоксовых и антистоксовых компонент зондирующего поля при когерентном рассеянии следует трактовать как результат четырехфотонного взаимодействия на кубичной оптической нелинейности. Для кубичной нелинейной поляризации в модулированном световом поле имеем (2.1.4) [c.148]

Хотя нелинейная спектроскопия в принципе имеет дело с бесконечным числом новых параметров — нелинейных восприимчивостей разл. порядков M , фактически в большинстве применяемых методов (когерентная активная спектроскопия рассеяния света, спектроскопия двухфогонного поглощения, нелинейная поляризац. спектроскопия) исследуются резонансы в кубичной нелинейной восприимчивости < 3)1 к-рая стала одной из важнейших характеристик материальных сред. [c.299]

На рис. 3.21 иллюстрируется наиболее широко используемый вариант когерентной активной спектроскопии — так называемая когерентная антнстоксова спектроскопия рассеяния света. Две волны накачки с частотами oi, сог (разность oi—— частоте молекулярных колебаний) возбуждают когерентные молекулярные колебания, которые затем зондируются пробной волной. [c.146]

В других областях, где отсутствовали возможности применить термопары и радиационные пирометры, разработка и применение лазерных методов проводилась давно. При исследованиях горячей плазмы активные бесконтактные методы измерения температуры также начали применяться на 20-25 лет раньше [1.10], поскольку в этой области не было никакой возможности адаптировать традиционные методы из-за высокой тепловой нагрузки на термозонд, влияния распыляемого зонда на параметры плазмы, а также малой оптической толщины плазмы (при этом спектр излучения существенно отличается от равновесного). Десятки лет проводится термометрия газовых и плазменных потоков с высоким временным разрешением (нано- и микросекундный диапазоны) методами лазерной интерферометрии, спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС), лазерно-индуцированной флуоресценции, поскольку традиционные методы не обеспечивают такого быстродействия, какое достигается с помощью импульсных лазеров [c.10]

Метод спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС) применялся для термометрии при абляции полимера (полиметилметакрилата, ПММА) под действием лазерного импульса (Л = = 1,064 мкм) длительностью 150 пс [4.43]. Для получения расеянного света использовались два импульсных (г 50 пс) лазера на красителях, перестраиваемые по длине волны генерации. Рассеянное излучение анализировалось с помощью спектрометра и детектировалось фотодиодной матрицей. [c.107]

Особенности использования метода КАРС для диагностики газовых сред. Спектроскопия когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС), подробно рассмотренная в 4.3 и 4,4, нашла широкое применение для невозмущающего локального контроля состава, температуры и давления газовых смесей, зондирования возбужденных и нестащюнарных газовых сред и аэродинамических потоков, а также при исследовании взрывных и разрядных процессов в газах и плазме. [c.282]

Одним из методов А. л. с. является когерентная спектроскопия комбинационного рассеяния света. С помощью А. л. с. удаётся решать задачи, недоступные др. методам снсктроскопии поглои(ения или рассеяния света, значительно увеличить информативность оитич. спектроскопии, повысить отношение сигнал/шум на выходе т,радиц. спектрометров, улучшить их спектральное, пространственное и времепное разрешение. [c.39]

Примером может служить когерентная спектроскопия комбинац. рассеяния света, или, как её часто называют, КАРС-спектроскопия (когерентная аятистоксова рамановская спектроскопия). Подчиняющиеся альтернативному запрету комбинац. резонансы (см. Комбинационное рассеяние света) в нелинейном отклике проявляются как резонансы в кубич. восприимчивости. Согласно классик, модели комбинац. рассеяния, поляризуемость молекулы [c.299]

Спектроскопия трёх- и четырёхволнового смешения — один из наиб, распространённых методов Н. с.— представляет собой варианты когерентной активной лазерной спектроскопии поглощения и (или) рассеяния света, В этих методах регистрируется частотная зависимость интенсивности (поляризации, фазы) световой волны, генерируемой в исследуемой среде за счёт трёх- или четырёхволнового смешения (с участием нелинейной восприимчивости 2-го и 3-го порядков соответственно), т. е. за счёт нелинейных оптич. процессов, при к-рых [c.308]

Для целей МСА могут служить и др. методы исследований для оптически активных молекул — дисперсна вращения плоскости поляризации, поляриметрия И электронный и колебательный круговой дихроизм (в УФ-, видимой и ИК-областях, в спектрах КР). С появлением лазеров стали интевсивно развиваться ме годы С. а., основанные иа нелинейных эффектах, возникающих при взаимодействии вещества с лазерным излучением большой мощности к ним относятся когерентное рассеяние света, вынужденное комбинац, рассеяние света (в т. ч. гиперкомбинац. рассеяние света, инверсное, усиленное поверхностью и др. виды комбинац. рассеяния света см. также Нелинейная спектроскопия). Чувствительность МСА возросла как благодаря применению лазеров, так и за счёт использования новых методов регистрации спектров (многоканальные методы, в первую очередь фурье-спектро-скопия, фотоакустич. спектроскопия) и применения низких температур (матричная изоляция, сверхзвуковые молекулярные пучки и др.). В нек-рых случаях МСА позволяет -определять вещества в кол-вах до г. [c.619]

В методике спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) с временным разрешением применяется двухимпульс-ная схема, в к-рой первый —возбуждающий—импульс создаёт изменения в изучаемом объекте, а второй — зондирующий— используется для измерения спектров КР. Спектроскопия КР—один из наиболее информативных методов оптич. спектроскопии, поэтому применяется для изучения сложных многоатомных молекул, динамики изменения их структуры и хода фотохим. реакций. Т. к. сечение КР даже в резонансно.м случае мало, в спектроскопии КР с временным разрешением особенно эффективно использование дпя зондирования методов нелинейной лазерной спектроскопии, в первую очередь методик когерентного антистоксова и стоксова рассеяния света [2]. [c.281]

С точки зрения многих практических приложений — удвоения частоты, создания параметрических генераторов света и т. п.— наибольший интерес представляют взаимодействия волн на быстрой электронной нелинейности. Для спектроскопии, напротив, интересны волновые взаимодействия с участием атомных или молекулярных резонансов. Хотя вопросы нелинейной спектроскопии выходят за рамки настояш,ей книги, в 3.7 мы обсуждаем один из ее вариантов — когерентную спектроскопию комбинационного рассеяния, где нестацио-нарность нелинейного отклика среды используется в полной мере. [c.112]

Идею метода проще всего пояснить на примере когерентной антистоксовой спектроскопии комбинационного рассеяния света основные физические представления по существу очень близки к развитым в предыдущем параграфе. В отличие от вынужденного комбинационного рассеяния для спектроскопических целей используется контролируемое возбуждение внутримолекулярных колебаний с помощью бигармони-ческой накачки стоксова волна приходит на исследуемую среду от внешнего источника, а интенсивность накачки выбирается ниже порога вынужденного рассеяния. [c.146]

Известные методы лазерного зондирования на основе нелинейных и когерентных эффектов можно объединить в три группы [31]. К первой отнесем лидарные методы, использующие оптическое и радиоизлучения при дистанционном лазерном нагреве и ионизации аэрозольной атмосферы ко второй — методы детектирования сверхслабых спектральных искажений эхосигналов на основе нелинейного усиления влияния атмосферы, включенной в резонатор лазера к третьей — методы нелинейной и когерентной спектроскопии комбинационного рассеяния света на колебательновращательных переходах молекул газовой среды и резонансных колебаниях формы частиц аэрозолей, а также их ориентации полем. [c.189]

Эффект связи воли в ислипейиой среде нашел широкое применение в практике. Две наиболее важные области применения — это параметрические генераторы когерентного излучения с плавно изменяемой частотой [4—7] и активная спектрпскопия рассеянного света [3], в первую очередь метод когерентной антистоксовой спектроскопии (метод КАРС ARS-спектроскопия) [3]. [c.156]

Спектроскопия комбинационного рассеяния является мощным способом исследования колебательно-вращательных спектров молекул. Применение лазеров, также как и в абсорбционной спектроскопии, привело к бурному развитию этой области исследований. Лазеры, во-первых, резко увеличили чувствительность спектроскопии спонтанного комбинационного рассеяния, а, во-вторых, обусловили появление новых методов, основанных на вынужденном комбинационном рассеянии, таких как когерентное антисток-сово рассеяние света (КАРС), оптико-акустическая спектроскопия комбинационного рассеяния (ОАСКР). В настоящее время насчи- [c.155]

Тем не менее эффект комбинационного усиления, обусловленный параметрическим взаимодействием электромагнитных волн и волн мате- ильного возбуждения, находит применение в других схемах нелинейной лазерной спектроскопии комбинационного рассеяния, светоспектроскопии вынужденного комбинационного усиления и активной спектроскопии КР (или спектроскопии когерентного антистоксова рассения света), о которых речь пойдет ниже (см. 4.3). Параметрическое взаимодействие волн разной природы объясняет также возникновение в процессе ВКР антистоксовых компонент в общем случае нескольких порядков [2,4,28. [c.225]

В этой главе мы остановимся на применениях различных методов когерентной нелинейной спектроскопии в диагностике вещества. Это генерация гармоник, спектроскопия вынужденного комбинационного усиления, активная спектроскопия комбинационного рассеяния света и ее модификации. Другие методы ла рной спектроскопии (прежде всего некогерентной), такие, как спектроскопия насыщения при однофотонном возбуждении, спектроскопия многофотонного поглощения, спектроскопия квантовых биений и т.д., подробно рассмотрены в монографиях Летохова и Чеботаева [1], Шена [2], Демтрёдера [3], сборнике [4] в нашей книге мы их практически не затрагиваем. [c.226]

Недостающая фазовая информация, полностью утерянная при записи обычных оптических спектров, как выяснилось в последние годы, может быть извлечена из данных когерентной активной спектроскопии рассеяния и (или) поглощения света. В последней может быть реализован способ полной записи как амплитудных, так и фазовых соотношений между спектральными компонентами когерентно рассеянного светового поля (или, что то же самое, записи действительных и мнимых составляющих поля одновременно), т.е. реализован метод, который может бьпь назван голографической спектроскопией. [c.261]

Много новой информации, принципиально отсутствующей в данных традиционной спектроскопии однофотонного поглощения, содержится в спектрах когерентного антистоксова (стоксова) рассеяния света поглощающих сред, когда комбинационные резонансы отсутствуют, а одна из частот со, oj, С02 сканируется по полосе однофотонного поглощения. Можно показать, что в этом случае наблюдаемые активные спектры (со ), где сОд = со + Ol СО2 и, например, СО2 сканируются, представляют собой результат интерференции двух тесно связанных когерентных процессов однофотонного поглощения и гиперкомбинационного рассеяния на изучаемом электронном переходе. [c.279]

В то же время необходимо иметь в виду и принципиальные ограниче ния методов когерентной четырехфотонной спектроскопии при разрешении внутренней структуры неоднородно уширенных линий, в частности допле ровски уширенных линий поглощения и рассеяния света в газах и плазме Скрытая доплеровским уширением тонкая структура таких линий не может быть вскрыта описанными здесь приемами когерентной спектро скопии, и для ее извлечения требуется дополнить когерентные четырех фотонные методы приемами спектроскопии насыщения. [c.281]

Измерение количественного и качественного состава стационарных газовых смесей с помощью спектроскопии КАРС. Возможность использования спектроскопии КАРС и родственных ей нелинейноюптических схем спектроскопии в качестве инструмента для ведения количественного и качественного газового анализа и газовой термометрии непосредственно следует из возможностей лежащего в их основе явления комбинационного рассеяния света. Новые моменты, которые привносят в область практического газового анализа когерентные методы, связаны с уже отмеченными их преимуществами перед спектроскопией спонтанного КР в высоком уровне регистрируемого сигнала, быстродействии, высоком спектральном и пространственном разрешении, меньшей чувствительности к оптическим помехам и паразитным засветкам. [c.285]

Одна из интересных попыток разделения вкладов различных механизмов релаксации в дисперсию и поглощение, прежде всего, для выделения колебательной ( кнезеровской ) релаксации, состоит в предложении использовать метод когерентной активной спектроскопии комбинационного рассеяния света в [42) теоретически рассмотрен этот вопрос. [c.61]

В бО-х годах появление мощных источников когерентного све-la — лазеров — способствовало ускоренному развитию акустоопти-ческих исследований. Был установлен ряд новых экспериментальных закономерностей, например открыто стимулированное рассеяние света на тепловых акустических колебаниях — вынужденное рассеяние Мандельштама — Бриллюэна. Потребности лазерной техники стимулировали развитие акустических методов управления лазерным излучением и акустооптической обработки сигналов [4—7J. Широкий размах получили работы по визуализации звуковых полей [8J и акустической голографии [9, 10]. В последнее время к этим областям прибавились также акустооптика жидких кристаллов, лазерная генерация звука [11] и фотоакустическая спектроскопия [12]. [c.339]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...