Методы дистанционного обнаружения атомов и молекул, измерения их концентрации и температуры, основанные на использовании СКР света

Ряс. 1. Диаграмма энергетических уровней атома или молекулы и процессов взаимодействия, связанных с рассеянием и флуоресценцией: а — рэлеевское рассеяние; б — стоксово комбинационное рассеяние; в — резонансное комбинационное рассеяние; г — резонансная флуоресценция; д — широкополосная нерезонансная флуоресценция; е — резонансное рассеяние; m1, т2 и m3 — начальный, промежуточный и конечный уровни.

Когда частота возбуждающего излучения близка к резонансной частоте атома или молекулы, свечение КР существенно увеличивается вследствие резонансного роста значения тензора поляризуемости. Данный процесс называется резонансным КР, и в это понятие включается не только чисто резонансное, но и происходящее вблизи резонанса взаимодействие. Хотя этот аффект был открыт давно, обсуждался в течение многих лет, количественные измерения стали возможны только после создания перестраиваемых во частоте лазеров. Увеличение сечения от трех до шести порядков величины по сравнению с сечением обычного КР на молекулах N2 наблюдалось при переходе к резонансу для таких молекул, как I2, NO2, О3. Это позволяет дистанционно обнаруживать весьма низкие концентраций атмосферных составляющих, если поглощение не приведет к значительному ослаблению зондирующего излучения.

Флуоресценция представляет собой спонтанное испускание фотона атомом или молекулой после перехода их в возбужденное состояние при поглощении падающего излучения с частотой v0, лежащей в пределах отдельной линии или полосы поглощения. На рис. 1, е схематически показан процесс излучения из возбужденного уровня атома или молекулы при переходах на первоначальный уровень. Этот процесс испускания дает дискретный спектр, обычно его называют резонансной флуоресценцией. Если возбужденные атомы и молекулы испытывают соударения, приводящие к перераспределению по другим возбужденным уровням в результате безизлучательных переходов (рис. 1, д), то наблюдается широкополосная флуоресценция, имеющая почти непрерывный спектр. Возбуждение флуоресценции всегда требует перестраиваемого источника когерентного оптического излучения (перестраиваемые лазеры и оптические параметрические устройства) для настройки частоты возбуждения на резонансную частоту исследуемых молекул и ли атомов. Так как спектр флуоресценции является характеристикой данного сорта атомов или молекул, то с его помощью удается отождествить компоненты атмосферы.

Рис. 2.Диаграмма трехмерного распределения интенсивности комбинационного рассеяния как функции угла: лазерное излучение направлено вдоль оси y и поляризовано в направлении оси х; телесные углы, под которыми собирается рассеянный свет, расположены вдоль осей x и z.

Все виды флуоресценции в атмосфере обычно подвержены тушению, вызванному неупругими соударениями с молекулами воздуха, что снижает ее интенсивность на несколько порядков по сравнению с интенсивностью при низком давлении (условия в верхней атмосфере или в лаборатории). Процессы соударений приводят также к спектральному уширению флуоресценции, увеличению деполяризации и уменьшению анизотропии вследствие «потери памяти» о направлении распространения и поляризации возбуждающего излучения. Флуоресценция является последовательностью двух однофотонных процессов, т. е. двухступенчатым взаимодействием, состоящим в поглощении отдельного фотона частоты v0 с последующим спонтанным испусканием фотонов частотой vp. Интенсивность флуоресценции при высоких давлениях затухает экспоненциально. Рассеяние света на отдельном атоме или молекуле является двухфотонным процессом, описываемом одноступенчатым взаимодействием, которое приводит одновременно к исчезновению фотона с частотой v0 и появлению другого фотона с частотой vp. На рис. 1, е изображен случай, когда возбуждение в области сильного поглощения приводит одновременно к испусканию фотонов с частотой, равной или очень близкой к частоте v0. Такое резонансное рассеяние реализуется для паров атомов, имеющих большое сечение резонансного рассеяния и находящихся на больших высотах.

Трехмерно-угловое распределение интенсивности КР приведено на рис. 2. Минимальные и максимальные радиальные размеры тороида характеризуют процесс рассеяния и определяют поперечное сечение рассеянна и деполяризации рассеянного излучения. Поперечное сечение рассеяния определяется максимальным радиальным размером тороида, деполяризация — отношением минимального размера к максимальному.

Перейти на страницу: 1 2 

Публикации по єкологии

Нормативы образования отходов и лимиты их размещения для ОАО Судоремонтный Судостроительный Завод Мидель
Проект разработан на основании: - Договора № 11/10-07 от 27.09.07, заключенного между предприятием ОАО «Судоремонтный Судостроительный Завод «Мидель», (ОАО ССЗ «Милель») и ООО Научно-технического предприятия «Дон-инк» (ООО НТП «Дон-инк»); - технического задания н ...

Характеристика водных объектов Челябинской области и источники их загрязнения
По территории Челябинской области протекает 3602 реки общей протяженностью 17,925 тыс. км, находится 467 прудов и водохранилищ, 3170 озер общей площадью 2125 км2 (из них 1340 учтенных озер общей площадью водной поверхности свыше 1500 км2), принадлежащих бассейнам Каспийского моря (реки ...

Разделы