Когерентная спектроскопия комбинационного рассеяния - нелинейно-оптич. метод исследования
спектров комбинац. рассеяния (КР), когерентный вариант активной лазерной
спектроскопии комбинац. рассеяния света. В К. с. к. р. исследуют рассеяние
не на равновесных элементарных возбуждениях среды, имеющих флуктуац. характер
(как в обычной спектроскопии спонтанного комбинационного рассеяния света), а рассеяние света в среде, внутр. движения в к-рой предварительно селективно
сфазированы с помощью дополнит, лазерных источников света. К. с. к. р. отличается
также и от спектроскопии вынужденного комбинац. рассеяния света (см. Вынужденное
рассеяние света)отсутствием порога по интенсивности .
В когерентной спектроскопии комбинационного рассеяния для фазирования
колебаний молекул с частотой
используется двухчастотное лазерное излучение, частоты компонент к-рого 
и 
подбираются
так, чтобы выполнялось условие комбинац. резонанса: 
. При этом на хаотич. внутримолекулярное движение, имеющее флуктуац. характер,
накладываются регулярные вынужденные колебания с частотой 
, фазы к-рых в разл. молекулах определяются фазами компонент лазерного поля;
в результате в среде возбуждается волна когерентных молекулярных колебаний.
Если компоненты двухчастотного
лазерного поля накачки представлены плоскими волнами с волновыми векторами k1
и k2, то волна когерентных молекулярных колебаний также будет
плоской с волновым вектором q=k1-k2.
Рассеяние зондирующего излучения с частотой ш и волновым вектором k носит
в этом случае характер дифракции на бегущей волне когерентных молекулярных колебаний
(рис.). Вследствие Доплера эффекта частота дифрагированной волны отличается
от частоты волны зондирующего излучения на 
(
-
-
), т.
е. 
=
-
(
-
)
(частота стоксовой компоненты КР) либо 
(частота антистоксовой компоненты КР), а её волновой вектор определяется соотношениями
типа условий Брэгга:
(в случае стоксова рассеяния) либо 
(в случае антистоксова рассеяния).
С помощью перестраиваемого по частоте источника частоту
можно сканировать вблизи
области комбинационного резонанса и регистрировать при этом изменение
интенсивности I (или поляризации,
или фазы) дифрагировавшей компоненты зондирующего пучка. В частном случае плоских
волн интенсивности сток-совой Iс и антистоксовой Iа
компонент могут быть вычислены из соотношения:
где I1
и I2 - интенсивности соответствующих волн накачки (эрг/см2-с),
L-длина области взаимодействия волн (см), 
; нелинейная восприимчивость среды третьего порядка
=
=
, где
-
нерезонансная электронная, 
- резонансная комбинационная нелинейные восприимчивости среды. Для уединённой
компоненты КР лоренцевой формы (см. Контур спектральной линии:)
где
Na, Nb - населённости ниж. и верх. уровней исследуемого перехода соответственно;
- сечение
КР на единицу телесного угла 
;
Г (рад/с) - ширина резонансной спектральной линии КР.
При использовании жёсткой
фокусировки лазерных пучков внутрь среды полная мощность рассеянной компоненты
определяется только полными мощностями пучков накачки и параметрами среды и
может превосходить мощность компонент спонтанного КР на много порядков.
В когерентной спектроскопии комбинационного рассеяния регистрируют
рассеянный сигнал в специально выбранном спектральном диапазоне, свободном от
засветок возбуждающего излучения и паразитных некогерентных эффектов типа люминесценции
(обычно используется антистоксова спектральная область). Высокая коллимированность
пучка когерентно рассеянного излучения позволяет эффективно выделять полезный
сигнал на фоне некогерентных засветок и помех; при использовании в качестве
источников зондирующего излучения узкополосных стабилизированных лазеров достигается
высокое спектральное разрешение полос КР, определяемое свёрткой спектров источников.
Благодаря интерференц. характеру формы спектральной линии с помощью К. с. к.
р. удаётся наблюдать интерференцию нелинейных резонансов разной природы (в частности,
электронных и колебат. резонансов в молекулярных средах). Исключительно высокая
разрешающая способность отд. модификаций К. с. к. р. путём подбора условий интерференции
даёт возможность выявлять скрытую внутр. структуру неоднородно уширенных полос
рассеяния, образованных наложив-шимися друг на друга линиями разной симметрии.
"Многомерность" спектров когерентной спектроскопии комбинационного рассеяния обеспечивает значительно более
полное, чем в спектроскопии спонтанного КР, изучение оптич. резонансов вещества.
В когерентной спектроскопии комбинационного рассеяния разработаны методы получения полных комбинац. спектров за время
от 10-8 с до 10-11 с.
Когерентная спектроскопия комбинационного рассеяния широко распространена
как метод невозмущающей локальной диагностики поступательной (вращательной,
колебательной и т. п.) температуры газов, газовых потоков или низкотемпературной
плазмы, определения количеств. и качеств. состава смеси, распределения в пространстве
и во времени компонент смесей и т. п.
Когерентная спектроскопия комбинационного рассеяния применяется для исследования
процессов в реактивных двигателях, мощных газовых лазерах, в установках для
разделения изотопов, в электрич. разрядах, плазме, для исследования кинетики
горения и взрыва, процессов обтекания твёрдых тел аэродинамич. потоками и др.
Альтернативой описанному стационарному варианту когерентной спектроскопии комбинационного рассеяния является нестационарная К. с. к. р., в к-рой исследуется во времени процесс дефазировки когерентных молекулярных (решёточных и т. п.) колебаний, возбуждённых парой коротких импульсов, длительность к-рых меньше времён релаксации фазы и энергии исследуемых колебаний.
Н. И. Коротеев
|
|
 |
