Введение к работе
Актуальность темы
і і-
Методы нелинейной лазерной спектроскопии позволяют получить наиболее узкие резонвнсн в оптической' области спектра [ I ]. Получение таких резонансов дает возможность детального исследования структуры квантовых переходов, столкновительвых процессов, для повышения точности спектроскопических '. измерений, что невозможно осуществить методами классической спектроскопии или линейной лазерной спектроскопии. Помимо этого, узкие линии в спектре излучения лазеров имеют и важное метрологическое применение в качестве реперов для создания оптических стандартов частоты и времени. Не касаясь физических причин сдвигов частоты стабилизированных лазеров, можно утверждать, что чем уже реперная линия и выше ее сигнал/шум, тем выше будет стабильность частоты стандарта [ 2 ].
Наиболее узкие резонансы были получены на колебательно -вращательных переходах молекул, в частности, на f^2) линии метана. В связи с этим использование метана в качестве нелинейного поглотителя является чрезвычайно перспективным.
Одним из фундаментальных факторов, ограничивающих прогресс в получении все более узких резонансов, является малое время взаимодействия поглощающих молекул с лазерным полем. Для увеличения этого времени используют телескопические расширители светового пучка. Использование телескопических расширителей позволило получить оптические резонансы абсолютной шириной \ 1000 Гц [ 3 ]. Очевидно, что увеличение диаметра светового пучке при помощи таких преобразователей имеет свои пределы, ограниченные техническими возможностями. Другим путем увеличения времени взаимодействия поглощающих частиц с полам является использование оптической селекции медленных молекул в газе' низкого давления [ 4 ]. Малая эффективная температура таких частиц (т^ч 0,1 К) позволяет устранить влияние, квадратичного эффекта Допплера на форму и положение нелинейных резонансов. В данной работе оба указанных метода использовались совместно. .
Получение резонансов с шириной ^ .100 Гц и менее позволяет провести ряд новых спектроскопические экспериментов таких как детальное изучение эффекта отдачи; квадратичного эффекта Допплера, эффекта Зеем8на, измерение частоты невозмущенного перехода.
Цель работы
Регистрация предельно узких оптических резонансов с использованием лазерного спектрометра на л=3,39 мкм с разрешением 100 Гц и менее, и проведение экспериментов по срвктроскопии сверхвысокого разрешения, f^2Єдиний метана.
В основные задачи работы входило:
1. Анализ причин, уширяющих нелинейные резонанси, изучение
возмоашости получения нелинейных резонансов с шириной % 100 Гц н
менее с использованием селекции частиц по скоростям в газе низкого
давления.
2. Разработка не-ыссн^ лазера с внутрирезонаторннм
телескопическим расширителем светового пучке ( ТРСП ) на \ =
3,39 мкы и создание на его основе спектрометра с разрешающей
способностью -v. 10"1г- Ю-13.
3. Использование созданного спектрометра для получения
максимально узких рвзонансов в оптической области спектра,
изучевх.» влияния аффекта Дошлера второго порядка на форму и
сдвиги нелинейных рвзонансов, измерения g -факторов перехода
метена, а также прямого измерения частоты невозмущенного перехода
7-6 р'^ линии метана.
Научная новизна
-
Разработан Є - ти зеркальный телескопический лазер с диаметром светового пучка v 30 см и исследованы его параметры, а также параметры светового пучка в области устойчивости резонатора.
-
Получены наиболее узкие резонанси в оптической области спектра с абсолютной полушириной ^ 50 Гц.
3. Осуществлено прямое наблвдение влияния квадратичного
эффекта Допшюра на форму, резонансов насыщенного поглощения.
4. Измерены g - факторы f = 8 -? ? перехода F^2) линии метана.
5.- Измерение, частота невозмущенного перехода 7*6 г'2> линии
метана с относительной погрешностью \ I0"1?
Практическая ценность работы Г.. Создан .лазерный спектрометр на >.= 3,39 мкм с разрешающей
способностью 5x10 .
2. Проведаны прецизионные спектроскопические эксперименты, результаты которых могут быть использованы при создвнии оптических стандартов частоты нового поколения.
Защищаемые положения
1. Использование лазера с ТРСП диаметр светового пучка в
котором 30 см в мегановоа поглощаицей ячейке и метода селекции
частиц по скоростям позволяет получить рэзонансн с относительной
шириной 5x10" Р
2. Экспериментально продемонстрировано, что квадратичный
эффект Допплера приводит к искажению формы и появлению асимметрии
нелинейного резонанса.
3. Модель I- J- взаимодействия является справедливой при
расчете влияния магнитного поля на компоненты магнитной
сверхтонкой структуры f'2>линии метана, экспериментальное значение
g - фактора основного состояния 8-7 перехода равно 10,95( ±
0,05 и разница g-факторов верхнего и нижнего уровней дд = 10,0951
± 0,01.
. 4, Частота невозмущенного 7 » б перехода f' линии метана составляет: »7^6= 83376181600,48 ± ОД кГц.
Структура и объем диссертации
