Введение к работе
Актуальность темы. Интерес к изучению зхсимерных молекул возник около двух десятилетия назад и не ослабевает до сих пор. Главным достижением в этой области стало, безусловно, создание целого семейства эффективных лазеров УФ диапазона. Именно поэтому первые исследования в области эксимерных молекул были в основном направлены на поиски перспективных активных сред и оптимизацию характеристик эксимерных лазеров. Вместе с тем. эксимерные молекулы оказались чрезвычайно интересными объектами и в чисто фундаментальном плане. Прежде всего следует отметить, что класс эксимерных молекул оказался весьма широким. Например, к такому классу относится любая двухатомная молекула, один из атомов которой обладает замкнутой электронной оболочкой. Исследования эксимерных молекул способствовали более глубокому понимании природы химической связи, а в области спектроскопии они связаны с появлением и развитием новых методов анализа молекулярных спектров. Кроме того, произошел значительный прогресс в изучении ряда элементарных фотохимических процессов. И наконец, благодаря незначительной глубине потенциальной ямы в основном состоянии, которая у большинства эксимерных молекул не превышает сотых долей электронвольта, эксимерные молекулы в обычных условиях являются замечательной моделью экстремального состояния вещества — обычных молекул при сверхвысоких температурах .
Настоящая диссертация объединяет два направления исследований, шеггдах непосредственное отношение.к возбуждению эксимерных молекул. Первое из них посвящено проблеме моделирования спектров двухатомных молекул, включающих как связанно-связанные (bb)-, так и свободно-связанные (ЇЬ)-перехода. Данная задача успешно решена только в отношении эмиссионных спактров. Что касается спектров поглощения, то корректный учет в рассчитываемых спектрах вкладов {ЬЬ)~ зі (ІЬ)-переходов до сих пор вызывает определенные трудности. Указанный недостаток а также сравнительно широкое применение спектроскопии поглощения (Еозбуздения) для экспериментального изучения экеимернш молекул заставляй* искать способы усовершенствования существующих расчетных методик.
Другое направленно исследований связано с /іроблемоЯ шзбуздения эксимерных состояния (экситонов) а гоги'онсиросаинш благородных
газах. В течение ряда лет жидкие и твердые инертные газы рассматриваются как потенциальная активная среда эксимерных лазеров ВУФ диапазона. Традиционные методы возбуждения (электронный пучок, лазерная накачка и т.п.) малопригодны для получения эффективной генерации на длине волны экситонного перехода. До сих пор никто не обсуждал возможность создания электрического разряда в конденсированном инертном газе в сильных (свыше 10 В/см) электрических полях, тогда как ряд экспериментальных данных, в частности, зависимости дрейфовой скорости избыточных электронов, находящихся в конденсированном образце, от электрического поля косвенно свиде-тельствуют о такой возможности. В таком разряде большая часть энергии, получаемой электронами от поля, будет расходоваться на возбуждение эксимерных состояний, что в конечном итоге может быть использовано для создаг;я лазера.
Цель работы. Основными целями данной работы являются:
разработка методов моделирования спектров возбуждения эксимерных молекул с учетом процессов фотопоглощения и фотоассоциации;
проведение расчетов спектров возбуждения на примере конкретных систем и разделение расчетным путем вкладов (ЬЪ)- и (ХЪ)-перехо-дов, вычисление сечений процессов фотопоглощения и фотоассоциации по абсолютной величине;
теоретическое обоснование возможности возбуждения эксимерной люминесценции при дрейфе электронов в конденсированных благородных газах в сильных электрических полях.
Работа выполнялась в лаборатории квантовых систем филиала Института энергетических проблем химической физики РАН на протяжении 1991-94 гг.
Научная новизна. Разработанная методика расчетов спектров возбуждения эксимерных молекул позволяет корректно учитывать вклады процессов фотопоглощения и фотоассоциации. В отличие от других методов вычислений, оперирулцих с понятием "свободных пар", предложенный подход является строгим в математическом смысле. Проведены расчеты спектров поглощения невозбуждеиных эксимерных молекул ХеС1(Х) и XeF(X), находящихся в равновесии с составляющими их атомами. Это дало возможность расчетным путем разделить вклады (bb)- и (fb)-переходов и, кроме того, вычислить их интенсивности по абсолютной величине. Полученные результаты, несомненно, представляют интерес, особенно в отношении (ЇЬ)-переходов, поскольку
литературные данные о сечении фотоассоциации в состояние ХеСХ(В) крайне противоречивы, а в случае вообще отсутствуют.
Предложен механизм энергетических потерь, реализующийся при дрейфе электронов в конденсированных инертных газах в сильных (> Ю5 В/см) электрических полях и состоящий в электронном возбуждении атомов инертного газа, образующих жидкою или твердую Фазу, что, в свою очередь, должно приводить к экситонной люминесценции. Это утверждение является оригинапьным: даже те из авторов, которые допускают существование "горячих"' (с энергией порядка нескольких эВ) электронов в конденсированных инертных газах, считак/г тем не менее основным механизмом упругие потери и, не задумываясь о высокой вероятности электронного возбуждения, приводят в своих расчетах средние энергии электронов, существенно превышающие энергии порогов ">збуждения соответствукцих атомов.
Практическая ценность работы. Создана и отлажена программа, реализующая эффективный алгоритм прямого расчета колебательно-вращательных сумм по состояниям двухатомных молекул, что дает возможность точно вычислять термодинамические функции и константы равновесия при температурах порядх глубины потенциальной ямы основного состояния молекулы. Указанная методика может найти применение как для эксимерных молекул при комнатных температурах, так и в случае обычных двухатомных молекул при сверхвысоких температурах.
Разработан пакет программ, осуществляющих моделирование спектра возбуждения эксимерных молекул, находящихся в равновесии с составляющими их атомами, с учетом (bb)- (фотопоглощение) и (ГЬ)-перехо-дов (фотоассоциация). Кроме того, рассматриваемая методика позволяет рассчитывать сечения фотопоглощения и фэтогсооциации по абсолютной величине. Проведенные расчеты спектров возбуждения XeGl(B) и ХвР(В) демонстрируют хорошее согласие с экспериментальными результатами.
Обоснована возможность получения однородного электрического разряда в жидкости или кристалле, основная энергия которого расходуете, на возбуждение Д2-зкеитонов, при этом возможно достижение лазерной генерации.
Публикации. Основное результаты диссертации изложены в 6-ти опубликованных работах и одной статье, принятой и печати. 1. Гордон Е.Б., Ржевский О.С. "Расчеты констант равновесия процес-
сов взаимодействия СІ к Р с Хе на основе экспериментальных потенциальных кривых." Химическая физика, т.12(12). 1571-1580, 1993.
-
Павленко B.C., Наливайко С.Е., Егоров В.Г.. Ржевский О.С., Гордон Е.Б. "Спектроскопическое исследование эксимерных молекул методами фотопоглощения и фотоассоциации. 1. XeCl." Квантовая электроника, т.21(3), 217-224. 1994.
-
Гордон Е.Б., Ржевский О.С., Хмеленко В.В. "О возможности создания электрсразрядного эксимерного лазера на конденсированных благородных газах." Квантовая электроника, т.21(3), 227-233. 1994.
-
Gordon Е.В., Rhmelenko V.V., Rzhevsky O.S., "Critical phenomena In electron drift through condensed rare gases." Chemical Physlca Letters, 217(5,6). 605-612, 1994.
-
Гордон Е.Б., Ржевский O.C. "Расчет спектра возбуждения XeCl(B), вклх.ающего процессы фотовозбуждения и фотоассоциации." Оптика и спектроскопия, принята к печати.
-
Гордон Е.Б., Ржевский О.С., Хмеленко В.В. "О возможности создания электроразрядного эксимерного лазера на конденсированных благородных газах." Конференция "Оптика лазеров '93" (С.-Петербург, 21-25 июня 1993 г.): Тезисы докладов, С.-Петербург, ГОИ им. СИ. Вавилова, 1993, с. 179.
-
Gordon Е.В., Egorov V.G., Nallvalko S.E., Pavlenko V.S., Rzhevsky O.S. "UV spectroscopic studies of photoexcltatlon to XeCl(B) and XeF(B) states." Abstracts of the 49th Ohio State University International Symposium on Molecular Spectroscopy (Columbus, Ohio, USA, June 13-17, 1994), p. 177.
Алпробаиия результатов. Результаты, представленные в диссертации, докладывались на конференции "Оптика лазеров '93" (С.-Петербург, 21-25 июня 1993 г.) и на 49-м Международном симпозиуме по молекулярной спектроскопии' (Колумбус, Огайо, США, 13-17 июня 1994 г.).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из "ведения, двух частей и выводов. Первая часть состоит из пяти глав, вторая часть деления на главы не имеет. В конце диссертации имеется ыисок литературы. Объем работы — 96 страниц текста, включая две таблицы, а также 18 страниц рисунков.
Похожие диссертации на Возбуждение эксимерной люминесценции в атомных системах
