Прецизионная лазерная спектроскопия дублетов отдачи F2(2)P(7)v3 линии метана Охапкин, Максим Викторович

Введение к работе

Актуальность темы

Развитие метода насыщения поглощения в нелинейной лазерной спектроскопии привело к появлению лазерных спектрометров сверхвысокого разрешения, что способствовало переходу спектроскопии на новый качественный уровень. Разрешающая способность данных установок позволила регистрировать резонансы в газах с относительной шириной ~10"¹² [1], уверенно наблюдать такие тонкие эффекты, как отдача частиц при взаимодействии со световыми полями, влияние квадратичного эффекта Донплера на форму резонансов и др. На основании экспериментальных результатов возникает возможность проверки и уточнения теоретических моделей, применяемых в спектроскопии. Изучение поведения нелинейных резонансов в зависимости от внешних факторов, определение абсолютных частот переходов, уточнение констант магнитной сверхтонкой структуры (МСТС) находят применение при создании лазерных стандартов с высокими характеристиками долговременной стабильности и воспроизводимости частоты, используемых при проведении высокоточных исследований.

Наиболее узкие резонансы в оптической области спектра в настоящее время получены на колебательно-вращательных переходах молекул и, в частности, на F2^<2)- линии СН,. Молекула метана, обладающая сферической симметрией пространственной структуры, является постоянным объектом спектроскопических исследований. С использованием метана в качестве частотного репера были созданы наиболее стабильные источники лазерного излучения. Одним из эталонов частоты оптического диапазона является He-Ne/CHt лазерный стандарт [2] (стабилизированный по F2⁽²⁾P(7)v₃ - линии метана на длине волны 3.39 мкм) на базе которого созданы мобильные установки, применяющиеся в качестве частотных реперов для физических экспериментов [3,4]. Повышение воспроизводимости частоты He-Ne/CHt лазеров тесно связано с дальнейшим развитием рассмотренных выше вопросов спектроскопии сверхвысокого разрешения.

Нель работы:

Прецизионные спектроскопические исследования нелинейных резонансов на компонентах дублетов отдачи f!j²⁾P(7) V3- линии метана.

В основные задачи работы входило:

1. Измерение параметров МСТС F2²⁾P(7)V3 линии метана.

2. Исследование влияния квадратичного эффекта Допплера на сдвиги компонентов дублета отдачи в пролетной области.

3. Изучение аномального эффекта Зеемана на компонентах дублетов отдачи переходов магнитной сверхтонкой структуры.

4. Измерение абсолютного значения частоты невозмущенного перехода 7—»6 F2²⁾P(⁷)V3- линии СН4 с точностью на уровне 10'¹² и выше.

Научная новизна

Научная новизна диссертационной работы определяется следующими результатами, полученными впервые:

5. Осуществлено прямое наблюдение влияния квадратичного эффекта Допплера (КЭД) на положение нелинейных резонансов на компонентах дублета отдачи в пролетной области.

6. Наблюдалось существенное влияние квадратичного эффекта Зеемана на форму и сдвиги компонентов дублетов отдачи переходов в продольных магнитных полях напряженностью Н«3*5 Э. Достигнуто разрешение резонансов, образованных переходами между зеемановскими подуровнями с правилом отбора Ат=±1 на переходе 8—»7 в слабьк магнитных полях.

3. Измерен спиновый gi- фактор и определены g- факторы уровней
F^{₂²⁾P(7)v₃- линии СН».

4. С наиболее высокой точностью определены частотные
интервалы между уровнями основного и возбужденного колебательных
состояний, образующими переходы F^²⁾P(7) V3- линии метана. В процессе
эксперимента наблюдались раздельно все перекрестные резопансы данной
линии.

Практическая ценность работы

Создан автоматизированный лазерный спектрометр сверхвысокого разрешения, позволяющий выполнять прецизионные спектроскопические исследования с разрешающей способностью 10"¹²-Н0"¹³. Результаты измерений по определению КЭД- сдвигов компонентов дублетов отдачи, влиянию эффекта Зеемана и данные по исследованию МСТС были использованы при создании оптических стандартов частоты и для повышения точности определения абсолютного значения частоты невозмущенного 7->6 перехода.

Защищаемые положения

1. Частотные интервалы между уровнями МСТС F2⁽²⁾P(7)v₃ линии метана, приведенные на схеме, имеют значения (I- спин J-вращательньш момент F- полный момент молекулы):

v₃ =1, 1=1, J=6, F=5

a=57.12±0.16 кГц b=88.26±0.20 кГц

f₇_»₆=88376181600038±35 Гц

А=68.1б+0.17 кГц B=99.50±0.27 кГц

v₃ =0, 1=1, J=7, F=6

2. Экспериментальные результаты показали, что благодаря
оптической селекции холодных молекул сдвиг нелинейных резонансов из-
за квадратичного эффекта Допплера при малых значениях пролетного
параметра Гхо (Г- однородная полуширина линии, to- время пролета
среднетепловои частицы через световой пучок) существенно уменьшается
по сравнению со сдвигом для среднетепловых частиц.

3. В слабых магнитных полях на компонентах дублетов
отдачи f4²⁾ линии метана наблюдается асимметрия формы и сдвиги

резонансов, вызванные влиянием квадратичного эффекта Зеемана.

4. Экспериментальные значения орбитального gj и спинового gi
- факторов Fj⁽²⁾ - линии метана равны:

gj = 0.313±0.023 gj = 5.32 ±0.31

На основании результатов измерения орбитального и спинового g-факторов величины g- факторов уровней основного и первого возбужденного колебательных состояний составляют:

7-»6

6-»5

Апробация работы

Результаты работы докладывались на:

7. 4th European Quantum Electronics Conference and 7th Italian Conference on Quantom Electronics, Firenze, Italy, September 10-13, 1993.

8. German-Russian Symposium on Laser Physics, Kassel, Germany February 28- March 2, 1994.

9. Conference on Precision Electromagnetic Measurements, Boulder, USA, June 27- July 1, 1994.

10. Fourteenth International Conference on Atomic Physics, Boulder, USA, July 31- August 5, 1994.

11. Twelfth International Conference on Laser Spectroscopy, Island of Capri, Italy, June 11-16, 1995.

12. 15th International Conference on Coherent and Nonlinear Optics, St. Petersburg, Russia, June 27-July 1, 1995.

13. семинарах Института лазерной физики СО РАН.

Структура и объем диссертации

Похожие диссертации на Прецизионная лазерная спектроскопия дублетов отдачи F2(2)P(7)v3 линии метана

Колебательно-вращательная спектроскопия молекул аксиальной симметрии на примере дейтеропроизводных метанаТябаева, Наталия Евгеньевна

Исследование воспроизводимости частоты двухмодового Ha-Ne/CH4 лазера, стабилизованного по компоненте сверхтонгой структуры F2(2) линии метанаНикульчин, Александр Викторович

Спектроскопия молекулы метана с разрешением 10 в 12 степениНекрасов, Юрий Владимирович

Изучение реакций 3He+p - p+p+d и 3He+p - p+p+p+n при импульсе ядер 3He 2,5 ГэВ/с с помощью жидководородной пузырьковой камеры диаметром 80 см. Дробот Василий Васильевич

Неупругие взаимодействия ядер (p,d,He,C) с ядрами угрерода и тантала при Р=4,2 ГЭВ/с на нуклон и протонов с ядрами углерода и тантала при 10 ГЭВ/сБекмирзаев, Тахматалла Нурмурадович

Реакции, идущие на ядрах 6,7 Li под действием протонов с энергией E p =12-48МэВ и -частиц с Е =94МэВ, и структура ядер с А=7-10Зуев, Сергей Викторович

Согласованная структурная модель по данным метода газовой электронографии и теоретическим расчетам для молекул [N (CH3 )2 ]3 P, E [Sb (CH3 )2 ]2 , где E=O, S, Se, HC (GeH3 )3, ScCl3 (Sc2 Cl6 ) и НДПМСоколов, Василий Иванович

Синтез, строение и физико-химические свойства соединений ряда A11 [P(As)UO6 ]2 . nH2 O(A11-Mg, Ca, Sr, Ba)Белова, Юлия Станиславовна

Энантиоселективные Pd-катализируемое аллилирование и Rh-катализируемое гидрирование с участием p*,p*-бидентатных лигандов 1,3,2-диазафосфолидинового рядаГрошкин, Николай Николаевич

2-Н-1,3,2-дигетерофосфоринаны и их Р-элементорганические производные (P, Si, Ge). Синтез, структура и химические превращения Воробьева Людмила Алексеевна