Введение к работе
Актуальность темы. С целью получения сверхчистых материалов активно ведутся исследования по лазерному разделению веществ и, в частности, лазерному разделению изотопов. К настоящему времени в этой области наблюдался целый ряд кинетических и спектроскопических явлений, внешне, казалось бы, весьма разнородных, для которых предлагались различные интерпретации. Внимательный анализ показывает, что известные модели зачастую описывают явлешш в ограниченной области параметров, существенно расходясь с экспериментальными данными в других областях. Примерами могут служить расщепление линии сверхсветимости, фотоконденсация, светоиндуцированный дрейф, резонанс интенсивностей, светоиндуцированная проницаемость пористых мембран.
Большинство из указанных эффектов обычно рассматривается с точки зрэгащ взаимодействия излучения с отдельными атомами или молекулами. Это соответствует случаю достаточно низких плотностей резонансных молекул. 3 то же время в оптике существует и активно развивается направление, изучающее коллективные свойства группы резонансных полю молекул. При этом плотность резонансных молекул ґі удовлетворяет соотношению И A >I . Здесь ]А - длина волны внешнего лазерного излучения. Нетрудно проверить, что для многих активных лазерных сред, а также объектов воздействия лазерного излучения, используемых в конкретных экспериментах, удовлетворяется указанное соотношение. Это означает, что пренебрежение межмоло-кулярньи взаимодействием в таких задачах вряд ли оправдано.
Ряд задач взаимодействия двухуровневых систем с резонансным электромаиштным полем удобно решать в полукласси-чоском приближении, рассматривая резонансное лазерное излучение как классическую кьазшлонохро.латическуга волну. В этом случав рациональным методом учета коллективных эффектов является введение некоторого элективного потенциала межмолекулярного взаимодействия.
Делыо работы являлся учет влияния внешнего резонансного лазерного излучения на межмолекулярное взаимодействие и анализ с этой точки зрения ряда физических эффектов в лазерном поле.
Основные задачи исследования.
-
Исследовать влияние резонансного лазерного излучения на. межмолекулярное взаимодействие методами квантовой электродинамики.
-
Применить эти результаты для описания ряда явлений на поверхности и в газе, используя классические и квантовые методы.
-
Модифицировать систему уравнений Максвелла - Блоха для описания распространения импульса излучения в двухуровневой среде с учетом нелинейности, возникающей в результате изменения полем межмолекулярного взаимодействия.
В результате решения этих задач автором показано существенное влияние резонансного электромагнитного поля на межмолекулярное взаимодействие. Взаимодействие становится достаточно сильным, его энергия пропорциональна интенсивности внешнего излучения, и дальнодейсгвушщм. Эти особенности позволили предложить новые физические механизглы явлений, возішкающих под действием резонансного лазерного излучения, что и составляет в совокупности новое научное направяешю. развиваемое автором.
Научная новизна.
-
Построена модель влияния поля резонансного лазерного излучения на межмолекулярное взаимодействие.
-
Предложены новые механизмы следующих явлений в резонансном лазерном поле: I ~ фотокоцценсация, 2 - светоиндуцированная проницаемость пористых мембран, 3 - резонанс интенсивностей, 4 - отражение молекулярного пучка вблизи поверхности, 5 -коллективный механизм светоиндуцированного дрейфа молекул в газе, 6 - аномальный светоиндуцированный дрейф.
3 - Модифицирована система уравнений Максвелла - Блоха для описания распространения импульса излучения в двухуровневой среде с новой оптической нелинейностью. Один из новых эффектов - сокращение длительности импульса излучения в азотном усилителе впервые обнаружен и всесторонне экспериментально исследован автором.
Заашао'-we положения. -І."Рвзонаисі":оа"лазорноп"іізлучвюїв существенно изменяет характер взаимодействие голокул в среде. Для времен, ботылих характерного ьремени релаксации молекул, энергия взаимодействия пропорциональна интенсивности излучения и обратно пропорциональна порвол степени ме.глолекулярього расстояния, его дальнодействие имеет ігорядок длины роліш внешнего ИЗЛУТ0;ГЛЛ.
-
В условиях принципиаіьной возможности естественной конденсации, индуцированное резонансные лазерным излучением межмолекулярное взаимодействие внзырает коїдашсацто, а всзнлкаищпй нагрев конденсата излучением снижает скорость конденсации, толщина слоя фотокоїщенсата обуславливается равновесием гїих ироце.зов.
-
Для молекул d сквозных каналах - порах чолкопористой мембрани в пределах капли фотокондонсато имеет место оптлческий аналог слерхтв!сучости, вознчка'ощлй под действием резонансного лазерного излучения.
-
Из-за дальнодействия взаимодействия сила, деЯствуащая на молекулу в однородной среде, зависит от градиента интенсивно-сти излучения и от градиента плотности молекул. В неоднородной средо на расстояниях менее длины волны нзлучон..я от поверхности фотоковдонсата частота излучения больше резонансной вызывает притязание молекулы к коч-епсату, значительно меньше резонансной - отгалкипание.
-
При действии квазнмонохроматпчооким резонансны;.' л.'лерш-м излучеішем на газы или смеси газон в случае неоднородного
ТШИрвНИЯ ЛИНИИ Поглощения :",;ЭЮТ МесТО КОНКУріфуМіЦЯе мэ;кду
собоу коллективный механизм сватоиндуцирояаніїого дрз."фа я аномальний свототтндутогооватшй дре»"у. Первігіі из ;н;ч обусловлен селективної! по скоростям втягиванием мотекул в лпл^гл;!: луч, второй - селективными по скоростям столкиозогаїями резонансных излучения молекул.
6. ;Леяг.:олекулярноо взэж.:оде^ск .ю порогкдаит onr.weexyio нели
нейность двухуровнево* ерэд'.', существенно !ркж\чя:с:ду.і::'- -.?и
усилен;::і излучения со пломенем когеьлітно-л.;, ie;ti.::.-j.i
длительности аліульса.
Достоверность измененного полем межмолекулярного взаимодействия подтверждается обоснованием с помощью методов квантовой электродинамики. Расчеты поверхностных явлений, новые ме-ханизмы которых изложены в настоящей днссертаци::", соответствует экспериментальным данным с поверхгостями, пористшш мембранами и капиллярами, полученными группой исследователей в ИОФ РАН (Ю.Н.Петров и др.). Предсказанное локальное повышение температуры фотокоідоисата в дальнейшем было подтверждено экспериментаторами СИГУ (і.А.Вартанян и др.). Механизмы кинетических явлений в газа сопоставлены с. соответствующими експериментальними данными зарубежных авторов. Для обоснования теоретических расчетов новой оптчческо": нелинейности автора,! проведено всестороннее экспертментачьное исслздование механизма формирования спектрально-пространственных характеристик излучетш безрезонаторного азотного лазера высокого давлашія і: получено согласна теоретических и экспериментальных данных в пределах точности эксперимента.
Научная ценность работы.
Автором показано существенное влияние поля резонансного лазерного излучения на взаимодействие молекул в среде, что имеет большое значение для нелинейной оптики резонансных сред, подвергающиеся воздействию лазерного излучения. Поскольку взаимодействие молекул является существенным фактором, опрэлвля-ющпм термодина яческиб свойстве вэщества, под действием резонансного лазерного излучения, в частности, происходит изменение параметров разового подхода в г.онденсированное состояние. Существенно меняются представления о физика ряда кинетических процессов ь т'азе з на поверхности твердого тела под действием резонансного лазерного излучения.
Предлозаннне автором пеханнз.'.'.з ряда поверхностных и приповерхностных явлений имеют большое значение для объяснения кинэтики мол:кул в молкоиористых мембранах и тонких капиллярах под действием лазерного ия'учгЕя, когда сохраняется резс— нэнсыгГ: харги.тпр молекулярного оптического перехода при $и-з'гчоскоі1 адсо'.бц; .1. Зілад этих уаханизчов позволит построить гха'негтвэк^д теорию, де.-*дуы Eiecvojoictae опиоані;е разнообразна; по ігхквлегаг-і резонанс .-лх эй.^вктов з сгстэме молекули
+ излучение + поверхность.
Пр,'.і'іло"'.опаН0 М'-хашізмн .анетических явлений в газе нооб-хо,\.::.;н для п, jicti'" теории соответствующих яв.л<»пій. Внчисляз-:.ше с і.х по'отыо вирлдомгтя изчерттмни физич'.^чх величин не сол^Р'*'1? свободных параметров, что тозі.мит проводить лровізр-ку туоретпччсіслх модзлоіі по незавил".;-.,1-1:-.: измерениям.
1!гч>ая о.іїпческгія нелинейность проставляет интерес npjx-дс псого как і'.олшіс.'.чось двухуровневое активной сридн лазеров п лазерных усилптолеЛ. Расчет конкретних ег">Тюктов ири і,':орч,фован"ч параметров лазерних іс.иульсов отя^ови^ся возчоч-ннч при использовании мс.тд./чцпропашгоп автором системы уравнений Мг:свелла - Блохе, с учетом данной нелинейное:л.
П-фечислешше положения представляют общефизический интерес и могут бить использотнн для изучения з курсах нелинейной оптики и квантовой электроники.
Аггообашчя таботи. Результаты работа били доложены и обсуздонн:
на 3 Всесоюзном симпозиуме по мочокулярноЛ спектроскоп,їй високого и сверхвысокого разреїлеіпїя, Новосибирск, 1976;
на 8 Вс> со;озноіі коніуареіптн по коге^итноп и нелинейной оптике, 'ІГплисч, 1976:
на I Всесо'эзной коч^шенции "Оптика лазеров", Ленинград, 1977;
на Сибирском сегещаипп по споктрос.гопчи "іі'.ггерснаг. засоленность и генерация нр переходах в атомах :і молекулах", Томск, І9ВТ;
ча 8 Вагчлсвской коііуер:жгаі по нелинейной оптико, Новосибирск, 193 J;
'.с; Г Всесоюзном симпозиуме "Дчпа.така элэчентг.рних атэмно -молекулярних процессов", Черноголовка, 1985;
на Всесоюзних семинаррх'по с-птачэскоЛ ориентации ?.гомов л молекул, Ленинград, DG00A.MI - IE8G, В30Ш2 - 1009;
на Всесоюзном сет.Елпре "Нера,.:-чввсн
