А. А. ИОНИН, Ю. М. КЛИМАЧЕВ, A. Ю. КОЗЛОВ, А. А. КОТКОВ
Физический институт им. РАН, Москва
ОПТИЧЕСКАЯ НАКАЧКА МОЛЕКУЛ
ОКИСИ АЗОТА И ОКИСИ УГЛЕРОДА
Обсуждается возможность применения оптической накачки молекул NO и СО для генерации коротких импульсов в среднем ИК диапазоне спектра. Метод лазерного зондирования применялся для исследования процессов заселения и релаксации колебательно-вращательных уровней молекул при их накачке излучением импульсного СО лазера.
Короткие и ультракороткие импульсы применяются для анализа и управления быстропротекающими процессами. В среднем ИК диапазоне спектра (длина волны от 3 до 7 мкм) сосредоточены колебательно-вращательные переходы большого количества молекул. Для решения проблемы получения коротких импульсов в среднем ИК диапазоне могут быть использованы лазерные свойства газовых сред на основе двухатомных молекул (CO, NO и др.). Повышение давления газа приводит к уширению и перекрытию контуров спектральных линий, что позволяет усиливать короткие импульсы излучения (~20 фс при давлении 10 атм на переходах молекулы СО) при наличии инверсной населенности на лазерных переходах. Задача заключается в том, чтобы создать инверсную населенность на колебательно-вращательных переходах возбуждаемых молекул при повышенном давлении газа.
В работе [1] было продемонстрировано, что применение оптической накачки позволяет создавать инверсную населенность на колебательных переходах. Эффективность оптической накачки 0®V=1, 2 ... уменьшается примерно на порядок величины при увеличении номера колебательного уровня V на единицу. Для оптической накачки уровня V=1 молекул CO или NO, можно применять излучение CO лазера. Заселение более высоких уровней V>1 может быть осуществлено методом “взрывного поглощения” [2–4] при накачке излучением многочастотного СО лазера.
В смесях, содержащих молекулы СО, количество спектральных линий в одном и том же диапазоне спектра может быть увеличено путем изменения изотопного состава молекул СО в газовой смеси. В смесях, содержащих парамагнитные молекулы NO, количество спектральных линий можно увеличить за счет расщепления линий в магнитном поле и тем самым уменьшить давление газа (до 1–2 атм), необходимое для перекрытия линий.
В экспериментах оптическая накачка молекул NO в смеси с аргоном (NO : Ar = 1 : 2 и 1 : 10 при полном давлении до 1 атм) осуществлялась излучением импульсного электроионизационного СО лазера, работавшего в многочастотном и частотно-селективном режимах. Для исследования процессов заселения возбужденных колебательно-вращательных уровней молекул применялся метод лазерного зондирования. Зондирование проводилось с помощью непрерывного перестраиваемого по частоте СО лазера, излучение которого направлялось в кювету с газом в направлении, перпендикулярном направлению излучения накачки. Лазерные переходы, подходящие для оптической накачки и зондирования, были рассчитаны на основе данных, представленных в работах [5–7].
Для получения окиси азота при давлении ~1 атм был разработан химический генератор на основе метода, предложенного в работе [8]. Анализ состава газа проводился с помощью Фурье-спектрометра АФ-3. В составе полученного газа кроме NO (~90%) присутствовали ~4% N2O и ~6% NO2. Энергия излучения СО лазера, применявшегося для накачки молекул NO, составляла ~4 Дж в частотно-селективном режиме генерации излучения и ~14 Дж в многочастотном режиме при длительности импульса ~100 мкс. При этом удельная мощность накачки активных молекул превышала 20 МВт/моль. Анализ результатов зондирования показал, что для эффективного возбуждения необходимо увеличивать удельную мощность накачки из-за высокой скорости колебательной релаксации молекул NO [9].
Фурье-спектрометр АФ-3 приобретен при поддержке Федерального Агентства по науке РФ (целевая финансовая поддержка для развития приборной базы научных организаций).
Список литературы
1. McCord J. E., Ionin A. A., Phipps S. P., et al. IEEE J. Quantum Electronics.
2. , Марголин физика.
3. , Проценко . электрон.
4. , , и др. Квант. электрон.
5. Guelachvili G., de Villienuve D., Farrenq R., et al. J. Molec. Spectrosc.
6. Amiot С. J. of Molecular Spectroscopy.
7. L. S. Rothman, D. Jacquemart, A. Barbe, et al. JQSRT. 96. iss
8. J. D. Ray, R. A. Ogg, Am. Chem. Soc.
9. Stephenson J. C. J. Chem. Phys, v.60. №
