Субмиллиметровая спектроскопия - раздел радиоспектроскопии субмиллиметрового диапазона
(1011 -1012 Гц) эл--магн. излучения. Субмиллиметровый
диапазон экспериментально более труднодоступен, чем граничащие с ним ИК- и СВЧ-диапазоны,
поэтому возникновение С. с. относится лишь к 1970-80-м гг., когда были созданы
монохроматич. генераторы субмиллиметровых волн, разработаны и освоены новые
измерит. методы, аппаратура. Совр. субмиллиметровые спектрометры непрерывно
перекрывают весь диапазон и обеспечивают получение спектральных характеристик
твёрдых, жидких и газообразных веществ с точностью, не худшей, чем в соседних
диапазонах.
Наиб. распространены 2
метода С. с.: 1) фурье-спектро-скопия, являющаяся продолжением и развитием методов
классич. спектроскопии, основанной на использовании не-монохроматич. теплового
излучения (см. Фурье спектроскопия, Фурье-спектрометр); 2)монохроматич.
спектроскопия с применением монохроматич. генераторов, обладающих широкодиапазонной
непрерывной перестройкой частоты. Наибольших успехов достигла разработанная
в России монохроматич. С. с., основанная на использовании эл--перестраиваемых
по частоте генераторов типа ламп обратной волны (ЛОВ), иногда называемая
ЛОВ-спектроскопией. С. с. с применением лазеров распространена значительно меньше
из-за узкополосности перестройки лазеров. По сравнению с фурье-спектроскопией
в субмиллиметровом диапазоне ЛОВ-спектроскопия имеет значит. преимущество по
таким осн. параметрам, как разрешающая способность r~105 - 107(r=
v/dv, где dv - мин. разрешимый интервал по частоте) и динамич.
диапазон D = Pмакс/Pмин~106,
где Рмакс, Рмин -макс. и мин. мощности регистрируемых
сигналов. Это позволяет методами ЛОВ-спектроскопии успешно проводить исследования,
напр., узких резонансных линий поглощения с добротностью 106, а также
исследовать вещества в области резких изменений их свойств (напр., при фазовых
переходах).
Принципиальная схема ЛОВ-спектрометра
включает генераторный блок (ЛОВ с соответствующим высокостаби-лизир. электронным
питанием), приёмный блок (чаще всего оптико-акустические приёмники или охлаждаемые
кристаллич. приёмники) и измерит. квазиоптич. тракт, где формируется одномодовая
или плоская линейно поляризованная волна и осуществляется её взаимодействие
с исследуемым образцом. В измерит. аппаратуре используются одномерные проволочные
сетки, апертура к-рых много больше длины волны, а период расположения проволочек
меньше длины волны, а также металлизир. плёнки с заданными величинами импедансов.
Современные высокоавтоматизир.
ЛОВ-спектрометры, в к-рых как управление процессом измерения, так и обработка
полученных данных измерений осуществляются ЭВМ, дают возможность получать в
реальном масштабе времени амплитудные, разовые и поляризационные спектральные
характеристики эл--магн. волны до и после её взаимодействия с исследуемым объектом,
в т. ч. в условиях разл. внеш. воздействий (темп-pa, давление, постоянные электрич.
и магн. поля, эл--магн. излучение разл. частот). Спец. матем. программы позволяют
по этим данным вы-числять зависимость от частоты фундам. параметров исследуемого
вещества (напр., комплексных диэлектрич. и магн. проницаемостей).
Данные, полученные методами С. с., весьма важны для решения ряда задач техники, связанных, напр., с изучением особенностей распространения субмиллиметрового излучения в атмосфере и локации, для анализа примесей в особо чистых веществах, для неразрушающего контроля. Принципиальное значение они приобретают в тех случаях, когда характеристич. частоты и энергии исследуемых явлений соответствуют именно этому диапазону (0,4-4 мэВ). В физике твёрдого тела это, напр.,- ДВ-колебания решёток ионных и молекулярных кристаллов; изгибные колебания длинных молекул, в т. ч. полимеров и биополимеров; характеристич. частоты примесей в диэлектриках, в т. ч. в лазерных кристаллах; в полупроводниках это - энергии связей примесных комплексов, экситонов, зеемановские и штарковские переходы возбуждённых состояний примесей; мягкие моды в сегнетоэлектриках; магн. резонансы (циклотронный, анти- и ферромагнитный); энергии щелей в сверхпроводниках. С. с. успешно применяют для исследования суперионных проводников и магн. полупроводников. При помощи С. с. получены новые данные о механизмах поглощения в кристаллах, динамике кристаллич. решётки, природе фазовых переходов в твёрдых телах (в частности, в сверхпроводниках), сегнетоэлектриках, упорядоченных магн. системах. С. с. применяется в методах диагностики плазмы, космич. радиоспектроскопии; в химии- для изучения строения молекул, механизмов хим. реакций, сил Ван-дер-Ваальса и т. д. Перспективно использование С. с. в биологии для изучения строения сложных биол. структур, резонансного взаимодействия с биол. объектами, особенно на уровне живой клетки, а также для определения результатов воздействия субмиллиметрового излучения на живой организм в целом. Особо надо отметить исследования методами С. с. воды как осн. компонента биол. объектов.
|
|
 |
