Введение к работе
Актуальность темы. За двадцать с лишним лет своего существования метод ВРЛС убедительно доказал свои преимущества и прочно утвердился в качестве одного из наиболее чувствительных методов спектрального анализа. За это время существенно расширился спектральный диапазон метода ВРЛС за счет использования новых активных сред и появилось большое число прикладных исследований, позволяющих приманять этот метод для решения конкретных практических задач.
Одними из первых в методе БРЛС стали применяться лазеры на стекле с неодимом- С их помощью были выполнены основополагающие работы и экспериментально изучены спектры более десятка газов в спектральной области вблизи I мкм. Однако, относительная доступность и. низкая стоимость лазеров на стекле с неодимом сочетается с известными трудностями регистрации получаемых спектров, сравнительно малыми длительностью импульсов генерации и шириной полосы генерации. Этим объясняется тот факт, что непосредственно после зарождения виутрирезонаторной спектроскопии неодимовые лазеры стали вытесняться непрерывными лазерами на растворах органических красителей, а затем и лазерами на ще лочно-галоидных кристаллах. С помощью этих лазеров была достигнута рекордно высокая концентрационная чувствительность мптода ВРЛС и существенно расширена область его применения-
Несмотря ил сказанное выше можно утверждать, что лазеры на
стекле с неодимом не утратили своей ценности для метода ВРЛС
"о первых, спектральная область, в которой излучают неодимовые
«еры, дост'чп-іію трудно достижима с помощью органических
;"-.':нтолеЯ її '*;'"'ко-гллоидиых кристаллов. Гянерзционныа харак-
теристики этих активных сред ухудшаются при переходе в ИК-область (уменьшается лучевая стойкость растворов и кристаллов) и возрастают экспериментальные трудности (усложняется предварительная обработка кристаллов, появляется необходимость вакуумирования и др.э. С другой стороны в области I мкм лежат обертона и составные частоты многих молекул, изучение и детектирование которых имеет большое значение для различных прикладных задач.
Во-вторых, имеется, по крайней мере, два перспективных пути увеличения эффективности лазеров на стекле с неодимом в методе ВРЛС. Первый путь связан с увеличением длительности квазинепрерывной генерации неодимовых лазеров, что увеличит чувствительность ВРЛ-анализа в ближней ИК-области на 1-2 порядка. Второй путь определяется возможностями фотоэлектрической регистрации внутрирезонаторных спектров в импульсном режиме. Таким образом можно надеяться, что развитие техники неодимовых лазеров в указанных направлениях позволит создать сравнительно доступный и удобный в использованиик ВРЛ-спектро-метр, обладающий чувсвительностью, близкой к рекордной для метода ВРЛС.
В связи с этим в настоящей диссертационной работе сделана попытка решить, поставленные выше задачи, предложены методы увеличения длительности Генерации и регистрации внутрирезонаторных спектров с использованием лааера на стекле с неодимом и лазе'ра на щелоЧно-галоиДном кристалле.
Цель работы. ЦеЛЬю Настоящей работы является повышение чувствительности внутрирезонаторкой лазерной сспектроскопии с применением лазерл На стекло с неодимом, исследование факторов, ограничивающих чувствительность, расширение спектрального диапазона Метода ВРЛС путем1 использования Лазеров различного типа,
разработка новых методов регистрации внутрирезонаторных спектров, увеличивающих чувствительность газоанализа. Научная новизна.
-
Впервые разработан, собран и испытан бескондвнсаторный блок питания для импульсных лазеров, позволяющий получать импульсы тока накачки сколь угодно большой длительности.
-
С помощью бесконденсаторного блока питания достигнута длительность импульсов генерации лазера на стекле с неодимом в несколько десятков миллисекунд и тем самым более чем на порядок увеличена концентрационная чувствительность внутриреэонаторного анализа.
-
Экспериментально исследован режим генерации лазера на стекле с неодимом в бесселективном резонаторе и зарегистрирована кинетика генерации в отдельных модах. Приведено объяснение особенностей кинетики генерации и спектрального распределения интенсивности.
*. Впервые предложен и продемонстрирован в эксперименте метод получения спектров и изучения кинетики внутриреэонаторного поглощения с использованием оптического квантового усилителя.
5. Разработана и собрана экспериментальная установка для
исследования кинетики внутриреэонаторного поглощения с фото
электрической регистрацией спектров и их записью на экране
осциллографа.
6. Зарегистрирована зависимость коэффициента внутриреэона
торного поглощения излучения неодимового лазера аммиаком от
температуры за фронтом ударной волны.
7. Изуччнн условия устойчивости генерации лазера на стекле
неодимс-м при прохождении ударной волны через ось резонатора.
- б -
8. Получены внутрирезонаторные спектры атмосферы с использованием лазера на fa(h)-центрах окраски с импульсной накач-чкой в спектральной области 2,57 - 2,7 мкм.
Практическая ценность. Разработка бесконденсаторного блока питания для импульсных лазеров может быть использована для создания малогабаритных высокочувствительных внутриразонаторных спектрометров. Методы, предложенные в третьей глава диссертации могут быть также использованы для создания оригинальных ВРЛ-спектрометров, способных регистрировать кинетику внутрире-зонаторного поглощения. Результаты, получанные в четвертой главе представляют определенную ценность для исследования высокотемпературных газофазных реакций и изучения состава газовых потоков. Результаты экспериментов с лазером на центрах окраски в щалочно-галоидном кристалле ксі позволят расширить спектральный диапазон применения метода ВРЛС. Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на 1-м рабочем совещании по нелинейным и когерентным эффектам в методе ВРЛС /Кировоград. 1988/, на 2-м Всесоюзном совещании по нелинейным и когерентным эффектам во внутрирезокаторной лазерной спектроскопии /Ленинград. 1991./, на Всесоюзной конференции по физическим методам измерений /Москва. 1987./, на і Всесоюзном семинаре "Оптические методы исследования потоков /Новосибирск. 1989./. По теме диссертации опубликовано 5 статей, получены авторское свидетельство и справка о внедрении.
Объем работы. Диссертация изложена на 157 страницах, включающих 53 рисунка и сцисок литературы из 119 наименований и состоит из введения. 5 глас и заключения.
:-7-
