Теорія і практика застосування лазерної спектроскопії (на прикладі аналізу об'єктів навколишнього середовища)
Зміст
Введення
1. Лазерна спектроскопія
2. Види лазерів та їх застосування
3. Сучасне обладнання
4. Застосування лазерної спектроскопії в аналізі об'єктів навколишнього середовища
Література
Введення
Застосування лазерної спектроскопії до вивчення характеристик середовищ представляє безперечний інтерес як при проведенні фундаментальних, так і прикладних досліджень. Лазерна спектроскопія це розділ оптичної спектроскопії, методи якого засновані на застосуванні монохроматичного випромінювання лазерів для стимулювання квантових переходів між цілком певними рівнями. Ці методи дозволяють отримувати локальну інформацію про параметри досліджуваних об'єктів з високим просторовим, тимчасовим і спектральним дозволом. Перевага лазерів над некогерентними джерелами світла полягає в можливості досягнення великий спектральної щільності потужності, що значно зменшує проблеми шумів, викликаних фоновим випромінюванням або шумами приймачів.
Лазерна спектроскопія по порівнянні з іншими безконтактними оптичними методами діагностики дозволяє проводити вимірювання на значній відстані від досліджуваного об'єкта і отримувати інформацію про його складі (наприклад, лідарного зондування атмосфери). Принципово нові можливості лазерна спектроскопія набула з появою лазерів з плавно перебудовується частотою, які є комбінацією джерела світла і спектрометра ультрависокої роздільної здатності, що дає можливість вимірювати профілі спектральних ліній. Одними з найбільш перспективних апаратурних комплексів представляються діагностичні системи, які з лазерів на барвниках з оптичною накачуванням ексимерні лазерами. Крім того, ексимерні лазери можуть застосовуватися як самостійні системи, наприклад, для діагностики в біології та медицині. Це дозволяє створювати багатофункціональні діагностичні системи для фундаментальних і прикладних досліджень.
У міру зростання масштабів досліджень на установках з магнітною термоізоляцією в рамках програм УТС і переходу до створення прототипу термоядерного реактора, зростає роль методів діагностики, що дозволяють проводити вимірювання параметрів високотемпературної плазми в умовах утрудненого доступу до плазми і при наявності цілого ряду несприятливих чинників. Діагностична апаратура і методики, засновані на використанні лазерної спектроскопії, дозволяють задовольняти цим досить жорстким вимогам, і їх розробка є актуальним завданням.
Ще одне актуальне напрям дисертаційної роботи полягає в можливості використання спеціалізованих лазерних систем для геофізичних і космічних лідаров і лідарних систем для екологічного моніторингу навколишнього середовища. Важливими додатками також представляють дослідження попередньо опромінених оптичних матеріалів для ІТЕР, застосування лазерно-індукованої фотолюмінесценції для діагностики біологічних об'єктів в інтересах медицини та мікробіології.
1. Лазерна спектроскопія
Розділ оптичної спектроскопії, вивчає отримані за допомогою лазера спектри випускання, поглинання, розсіювання. Лазерна спектроскопія дозволяє досліджувати речовини на атомно-молекулярному рівні з високою чутливістю, вибірковістю, спектральним і тимчасовим дозволом. Залежно від типу взаємодії світла з досліджуваним речовиною, методи лазерної спектроскопії поділяють на лінійні, засновані на одноквантовом лінійному взаємодії і нелінійні, засновані на нелінійному одноквантовом або многоквантовом взаємодії. У спектральних приладах використовують лазери з перебудовується частотою - від далекої ІК області до вакуумного УФ, що забезпечує збудження майже будь-яких квантових переходів атомів і молекул. Перебудовувані лазери з вузькою смугою випромінювання, в Зокрема, інжекційні лазери в ІК області і лазери на барвниках у видимій області (а в поєднанні з нелінійним перетворенням частоти - в ближній УФ та ближній ІЧ областях) дають можливість вимірювати справжню форму спектра поглинання зразка без будь-якого впливу спектрального інструменту. Використання лазерів, підвищує чутливість всіх відомих методів спектроскопії (абсорбційних, флуоресценції і т.д.) як для атомів, так і для молекул. На основі таких лазерів були розроблені принципово нові високочутливі методи: внутрірезонаторними лазерної спектроскопії, когерентного антистоксових комбінаційного розсіювання, резонансної фотоіонізаціонний лазерної спектроскопії. Останній метод заснований на резонансному збудженні частинки імпульсним лазерним випромінюванням, частота якого точно налаштована на частоту резонансного переходу, і подальшої іонізації збудженої частинки шляхом поглинання одного або декількох фотонів з додаткового лазерного імпульс...
