Процессы накачки

Это наиболее распространенный лазер [9]. На рпс. 1.22 приведена диаграмма энергетических уровне гелия и неона. Лазерная генерация возникает в процессе перехода между энергетическими уровнями неона, тогда как гелий слул ит для усиления процесса накачки. Действительно, уровни 2 5 и 2 5 гелия находятся в резонансе с уровнями 3 и неона. Кроме того, 5-уровень гелия метастабилен (переходы с него в ди-польном приближении запрещены). Отсюда следует, что процесс накачки путем передачи энергии уровней гелия на уровни [c.44]

Так, в мономолекулярных процессах молекула может вступить в реакцию только в том случае, если она откуда-то приобретает энергию, достаточную для преодоления активационного барьера. Если она эту энергию не приобретает извне (возбуждение светом, электронный удар и т. д.), то единственным источником, как и в биомолекулярных процессах, остаются молекулярные соударения ( термическая накачка ). Молекула, которая в результате такого соударения (соударений) приобретает энергию, большую, чем энергия активации, называется активной молекулой А Аа. [c.80]

Рассмотрим теперь основные особенности процесса, протекаюш его в указанном диапазоне параметров. Поскольку прямая реакция (4.1) невозможна, следует ожидать, что в системе тем или иным образом появляются свободные валентности в виде радикалов Н, О, ОН, HOj, иначе говоря, имеет место зарождение цепей. В качестве реакций зарождения могут выступать либо индивидуальные стадии i, в, 7, 18, либо их комбинации (3 и 4, 13 и 23 н т. д.), либо (особенно в области низких давлений) процессы гетерогенного зарождения цепей на стенках, либо активные центры могут появляться в результате постороннего воздействия на систему (термическая или радиационная накачка , искусственное введение радикалов и т. д.). [c.296]

Отличительной особенностью газовых лазеров является то, что в них вещество имеет малую плотность, поэтому возможность его разрушения исключена. Возбуждение газов происходит в результате упругих и неупругих столкновений, ионизации и рекомбинации, диссоциации, химических реакций и других процессов. Это приводит к разнообразным методам создания инверсной заселенности (электрический разряд, оптическая накачка, химические реакции и др.). [c.99]

Таким образом, на основании расчетов можно предположить, что для наиболее эффективного проведения процессов диссоциации многоатомных молекул следует осуществлять накачку не одной, а нескольких колебательных мод молекул. При этом существуют оптимальные (в смысле времени жизни и соответственно скорости распада молекулы) соотношения между энергетическими заселенностями колебательных мод. [c.129]

Однако ие всякая активная молекула готова к акту мономолекулярного превращения. Для того чтобы произошла реакция, нужно, чтобы избыток энергии, необходимый для реакции, сосредоточился на разрываемой связи или, в более общем случае, на координате реакции. Когда такое перераспределение энергии происходит, молекула из активной превращается в активированную. Таким образом, молекула, непосредственно готовая к акту мономолекулярного превращения, называется активированной. Сосредоточение энергии иа координате реакции происходит за счет процессов внутримолекулярного движения возбужденной молекулы, по своей динамике эта стадия существенно отличается от стадии активации. Надо отметить, что для реакций многоатомных молекул удается разделить процесс на две стадии благодаря тому, что время столкновения на несколько порядков меньше, чем время сосредоточения энергии на координате реакции. Заметим, что в случае специальной бесстолкновительной активации (например, селективная лазерная накачка) такого временного разделения не существует. [c.187]

Первые две стадии представляют собой обычные стадии активации и распада активных молекул в сильно экзотермической третьей стадии происходит образование возбужденных молекул N2, последняя стадия —процесс V— V накачки исходных молекул НМз-Протекание реакции распада с дополнительной активацией возбужденными продуктами приводит к следующим основным закономерностям [c.65]

Первые две стадии представляют собой обычные стадии активации и распада активных молекул в сильно экзотермической третьей стадии происходит образование возбужденных молекул N1 последняя стадия — процесс V — V накачки исходных молекул HNз. [c.108]

Наряду с этим для процесса лазерной накачки колебательно-воз-бужденных молекул существует критическое давление. Выше этого давления из-за интенсивного V — Т-обмена невозможно создать сверхравновесную заселенность возбужденных состояний при любых интенсивностях лазерного излучения. [c.111]

Следует подчеркнуть, что этот способ подключения флуктуаций, хотя является удобным и позволяет заменить точное описание источников шума (ср. с 8.8), не имеет серьезного обоснования. Такой подход может дать качественное понимание влияния шума на уравнения, описывающие лазер, но не позволяет списать его настоящего механизма. Например, флуктуации в накачке должны привести к случайности в коэффициенте а, но не описываются аддитивным членом. Однако, поскольку уравнение (11.9.2) широко изучено, оно с успехом может служить примером стохастического процесса. [c.309]

В приближении детерминированного процесса, полученном пренебрежением L t), можно показать, что при а<с (скорость накачки меньше потерь) поле стремится к нулю. В стационарном состоянии имеется только поле, вызванное флуктуирующим членом. При больших скоростях накачки (а > с) поле возрастает до стационарного значения [c.309]

Электронный удар применяют в осн. для накачки газовых Л. Накачка основана на возбуждении атома при его соударении с электроном, обладающим достаточно большой кинетич. энергией. Напр,, в He-Ne-Л. происходят след, процессы (рис, 6) [c.563]

Метод СФА применен для определения натрия с пределом обнаружения 12 мкг/мл [775]. Установлено, что сигнал СФА обусловлен двухступенчатым процессом, который происходит под воздействием лазеров на красителе и на неодиме. Для накачки лазера на красителе использовали вторую гармонику (632 нм) лазера на неодиме мощностью 300 кВт. Детектор ионов — нихромовая проволока диаметром 0,6 мм, находящаяся под напряжением 600 В. Предложен новый метод регистрации усиления ионизации элементов в пламени под действием лазера на красителе с перестраиваемой частотой на высоте [c.135]

Чтобы некоторую систему можно было использовать для получения лазерного излучения, она должна иметь по крайней мере три, а предпочтительнее четыре или больше энергетических уровня, обладающие особыми свойствами. Схемы таких уровней показаны на рис. 8.10. В трехуровневой системе низшее энергетическое состояние (1) опустошается в результате некоторого процесса возбуждения, который мы условно обозначим как стадия а (он может представлять собой поглощение излучения, электрический разряд или какой-либо иной процесс). Состояние (3) заселяется через состояние (2) обычно в ходе безызлучательного процесса, обозначаемого как стадия Ь. Если стадии а и протекают быстрее, чем испускание из состояния (3), то в системе может создаться инверсная заселенность Ыз/М1. Это позволяет получить лазерное излучение (стадия с). Лазер с трехуровневой схемой действия требует большой мощности накачки для получения инверсной заселенности. В лазерах с четырехуровневой схемой оба состояния, [c.188]

Правила отбора для вращательных переходов в данном колебательном состоянии, например, основном (рис. 5.2а), разрешают переходы только между соседними уровнями, так что оптическое возбуждение такого перехода может лишь выравнять заселенности уровней, но не приведет к инверсии заселенностей. Поэтому ДИК-лазеры работают в основном по схеме, представленной на рис. 5.26, когда накачка осуществляется на колебательно-вращательном переходе, а генерация — на вращательных переходах в верхнем и, возможно, нижнем колебательных состояниях. Инверсия заселенностей в возбужденном колебательном состоянии возникает за счет увеличения заселенности верхнего рабочего в лазерном переходе уровня, так что могут возникнуть каскадные переходы типа —1)—>-(/ —2)— 1 —3) —>... В нижнем (основном) колебательном состоянии инверсия создается за счет обеднения при накачке заселенности нижнего рабочего в лазерном переходе уровня при достаточной тепловой заселенности верхнего рабочего уровня. В этом случае могут возникнуть каскадные переходы (/"+ )—>,/", ... (рис. 5.26). Понятно, что в возбужденном колебательном состоянии, когда с начала возбуждения до времени заметного развития релаксационных процессов вращательные уровни практически пусты, инверсия заселенностей осуществляется легче, чем в основном состоянии, когда при комнатных температурах имеет место существенное заселение вращательных уровней. По-видимому, большинство наблюденных к настоящему времени лазерных ДИК-нереходов относится к вращательным переходам в возбужденных колебательных состояниях. Встречаются, однако, лазерные переходы и в основном колебательном состоянии. Здесь следует заметить, что пока более или менее однозначно интерпретирована лишь малая доля всех реализованных лазерных ДИК переходов. Это объясняется прежде всего совершенно недостаточным знанием вращательных спектров и молекулярных констант для возбужденных колебательных состояний. Поэтому среди этих переходов в рассматриваемом диапазоне спектра вполне могут быть и колебательно-вра-щательные лазерные переходы между различными типами колебаний. [c.170]

Возможность генерации излучения в этой схеме определяется благоприятным сочетанием скоростей различных релаксационных процессов, характерных для рабочих уровней. Нижний рабочий уровень 10 0 и исходный для накачки уровень 02°0 благодаря ферми-резонансу (взаимодействие колебательных уровней близкой энергии и подходящей симметрии, в результате которого уровни отталкиваются друг от друга и приобретают смешанный характер в данном случае смешаны фундаментальное валентное полносимметричное колебание и обертон дважды вырожденного деформационного колебания молекулы СОг) сильно взаимодействуют друг с другом. Из-за этого взаимодействия и небольшого различия в энергии уровней ( 103 см ) нарушенное соотношение их термодинамически равновесных заселенностей восстанавливается при столкновениях молекул весьма быстро, за время с-Па, сравнимое с временем релаксации вращательных уровней. Кроме того, молекулы в состояниях 10°0 и 02°0 эффективно теряют энергию возбуждения при столкновениях с менее колебательно-возбужденными и невозбужденными молекулами. В частности, время колебательной релаксации нижнего рабочего уровня 10 0 с-Па. Верхний же рабочий уровень 00°1 [c.180]

Скорость поступления водорода в металл (процесс "накачки") регулируется его диффузией иэ жидкой фазы и механизмами разряда, а скорость выделения водорода из металла - механизмами его десорбции (химическим или злектрохимическим) и диффузии в металле. След ет также иметь в виду механизмы механического захвата различных форм водорода растущими перемещающимися слоями металла и "коллекторами" 1оазных видов. [c.113]

Как видно из рисунка, рассеянный сигнал проходит через максимум при определенном значении времени задержки, требующемся для того, чтобы в процессе накачки осуществлялось накопление возможно большего числа возбужденных молекул. При дальнейшем увеличении времени задержки интенсивность некогерентного рассеяния уменьшается по экспоненте, что позволяет непосредственно определить время жизни молекулы в данном возбужденном состоянии. Оно оказалось равным 2,2-10 с для С2Н5ОН и 5-10 с для СНзСС1д. На этом же рисунке изображены графики, описывающие зависимость от времени задержки интенсивности 8 стоксовой компоненты ВКР основного (накачивающего) импульса в направлении,обратном направлению падающего света. Максимальные значения и 51 соответствуют времени задержки 5-10 с для СНдСОд и примерно 2-10 с для СаНдОН. [c.92]

В эндоэргических химических процессах энергия света используется для получения молекул, обладающих большей энергией, чем исходные молекулы. В таких процессах энергия поглощенного фотона частично преобразуется в энергию продукта реакции и максимальный квантовый выход не может превышать единицу. Энергетический выход, т. е. доля поглощенной энергии, запасаемая в продуктах реакции, как правило, значительно меньше единицы вследствие превращения части энергии фотона в тепловую энергию в релаксационных процессах и вследствие конкурирующих побочных процессов, снижающих квантовый выход реакции. Вопрос об энергетическом выходе особенно актуален, когда идет речь, например, о конверсии солнечной энергии в химическую. ]з,ругой пример эндоэргических процессов — накачка фотохимических лазеров, эффективность которых сложным образом зависит от доли энергии, рассеиваемой в релаксационных процессах. -Необходимо отметить, что эффективность действия всех систем этого рода имеет оптимум при определенном соотношении скоростей релаксационных процессов, обеспечивающих необратимость химической реакции возбужденных частиц и препятствующих их рекомбинации в исходное основное состояние. [c.317]

Из формулы Больцмана следует, что в двухуровневой системе заселенность нижнего уровня всегда больше, чем верхнего. В системе, в которой происходят только столкновения между молекулами и ничего больше, это положение справедливо всегда. Но если существует процесс накачки частиц на верхний уровень, например за счет быстрой химической реакции с большим эиерговыделением, взаимодействия Молекул газа с фотонами, может реализоваться обратное соотношение, называемое инверсной заселенностью. Формально инверсная заселенность соответствует отрицательному значению температуры. [c.44]

Накао К-, Кунугита E., Отакэ Т., Кагаку когаку, 32, 285 (1968). Жидкофазное окисление бензальдегида в барботажной колонне применение двухпленочной модели к анализу общей скорости процесса. [c.277]

Отакэ Т., Кунугита Э,, Накао К., Кагаку когаку, 31, 691 (1967). Анализ общей скорости процесса химического взаимодействия газа и жидкости на основе пленочной модели. [c.277]

В обоих случаях превращениям предшествует период восприятия системой информации извне или собственной внутренней и возникновения в этой связи процессов структурной реорганизации системы. В это время в структуре системы происходят процессы разупорядочения упорядочения отдельных ее структурных элементов или их групп. Однако общим процессом является удаление системы от равновесного состояния. Такое накопление ( накачка ) информации заканчивается в какой-то момент лавинообразным качественным, структурным изменением системы и переходом ее в новое устойчивое состояние для восприятия нового потока информации. Предпере-ходное состояние и является кризисным состоянием нефтяной дисперсной системы. [c.190]

В спектрах ЭЛДОР могут наблюдаться также линии, соответствующие накачке запрещенных переходов Wx, Х х ), из которых может быть получена информация как о константах СТВ, так и о средних частотах ЯМР. Вообще методы ЭЛДОР и ДЭЯР являются взаимно дополняющими, причем первый более информативен в случае систем с сильными, а ДЭЯР —со слабыми сверхтонкими взаимодействиями. Преимущества методов двойного резонанса перед обычной спектроскопией ЭПР в достижении не только более высокого спектрального, но и временного разрешения. Этими методами плодотворно исследуются различные релаксационные процессы. Методом ЭЛДОР, например, можно наблюдать более медленные, чем в спектроскопии ЭПР, процессы, время протекания которых сравнимо с временем электронной спиновой релаксации Т е. Методами спектроскопии двойного резонанса достигается также высокое пространственное разрешение при необходимости изучения рассредоточенных парамагнитных центров в образце. Именно методом ДЭЯР, например, изучались / -центры в кристаллах галогенидов металлов и устанавливалась протяженность размытия плотности захваченного анионной вакансией электрона. [c.82]

Выше рассматривались случаи, когда сама реакция служила причиной возникающих отклонений от равновесия. Ei последнее время интенсивно развиваются физические методы стимулирования газофазных реакций, в частности лазерная накачка в ИК-диапазоне. При решении задач этого направления принципиальное значение имеют вопросы кинетики заселенностей и, в частности, колебательной кинетики, так как любое воздействие на вещество (тепловое, химическое, электронный удар, оптическая накачка) приводит к перераспределению заселенности уровней, которые определяют кинетику и механизм химических реакций. Широко проводимые в настоящее время исследования касаются самых различных аспектов кинетики в существенно неравновесных условиях и включают а) изучение вида функций распределения по ко.пебательным уровням б) определение общей скорости релаксации колебательной энергии в) нахождение зависимости неравновесного запаса колебательной энергии от скорости накачки вненпшм источником, приводящим к разогреву колебаний г) анализ взаимного влияния колебательной релаксации и химического процесса (диссоциация молекул, бимолекулярная реакция компонент смеси), а также, например, генерации на колебательно-вращательных переходах. [c.66]

Для получения лазерного эффекта надо достичь инверсной заселенности электронных состояний. При инверсной заселенности в верхнем состоянии находится больще молекул, чем в нижнем. Этого нельзя добиться просто использованием высокоинтенсивного источника света с соответствующей частотой для перевода молекул с нижнего уровня на более высокий. Падающее излучение стимулирует эмиссию фотонов из верхнего состояния с той же скоростью, с какой они поглощались в нижнем состоянии следовательно, с помощью интенсивного источника можно перевести в верхнее состояние не более чем 50% молекул. Однако, если верхнее состояние (например, 5i) можно преобразовать в другое возбужденное состояние (например, Ту) благодаря безызлучательно-му процессу, заселенность состояния Ту может превышать 50%. Этот процесс называют оптической накачкой. Если вслед за накачкой через вещество проходит излучение, соответствующее переходу Ti- o, то про исходит вынужденное излучение. [c.558]

В настоящее время принято считать, что для производственного процесса будут использованы лазеры с фиксированными частотами, работающие ири оптической накачке такими эффективными лазерами, как СОг, СО, HF и DF. Другие возможности, связанные с использованием гармоник более высокого порядка, также не должны выпадать из поля зрения, поскольку в принципе пoзвoл ют расширить доступный набор частот. [c.261]

Генерационные параметры лазерного элемента должны быть стабильны в процессе работы. Однако под воздействием ультрафиолетового облучения ламп накачки происходит старение лазерного материала. Подобные изменения в кристаллах граната вызывает и у-облучение. Исследования показали, что порог генерации на длине волны Лг = 2,940 мкм лазерного элемента состава (Уо,9Ноо.1)зА150 2, выращенного в тигле из молибденсодержащего сплава, после л-облучения дозой 2,58- 10 Кл/кг возрастает незначительно с 90 до 115 Дж. [c.230]

Рис. 4.5.1. а — схема основного эксперимента по кросс-поляризации во вращающейся системе координат после (т/2)х-импульса намагниченность распространенных ядер I (т. е. протонов) захватывается вследствие спин-локинга полем Вц вдоль оси у, и при наложении поля Ди, такого, что выполняется соотношение Хартманна — Хана [равенство (4.5.15)], поляризация переносится к редким спинам 5 (например, к углероду-13, азоту-15 и т. п.) во время наблюдения спада сигнала свободной индукции возможна развязка от протонов б — схема с многократными контактами спад сигнала свободной индукции наблюдается многократно в ходе повторяющейся накачки кросс-поляризацией в — косвенная регистрация прецессии спинов 5 по спаду намагниченности спинов / [4.176] г — схема для измерения и Т д — остаточная намагниченность спинов 7, которая остается запертой, после эксперимента может быть возвращена на ось г востанавливающим импульсом [4.184] е — использование кросс-поляризации в качестве процесса смешивания в гетероядерной двумерной корреляционной спектроскопии. [c.232]

Радиочастотная генерация химической реакции впервые обнаружена экспериментально в работе [20]. Обратимый фотоперенос электрона в системе порф ирин — хинон сопровождается аномально сильной отрицательной поляризацией ядер хинона, которая генерирует в колебательном контуре высокочастотную э. д. с. и высокочастотный ток. На рис. 1.6 ириведена запись низкочастотных биений между частотой генерации и частотой опорного генератора регистрирующей системы. После включения света за счет ХПЯ создается отрицательная ядерная намагниченность и через 5—Юс система достигает порога генерации. После переходного процесса генерация становится стационарной, а высокочастотный ток достигает стационарной амплитуды. Выключение света (т. е. прекращение химической накачки) разрушает когерентность, и амплитуда генерации падает (рис. 1.6). Реакция практически обратима, поэтому генерация может продолжаться сколь угодно долго. При этом можно реализовать и непрерывный режим генерации (при непрерывном фотолизе), и импульсный режим (при импульсном фотолизе). Теория радиочастотного генератора с химической накачкой в различных режимах приведена в работе [21]. [c.30]

Способность молекул органических соединений генерировать излучение и эффективность генерации определяются более или менее благоприятным сочетанием целого ряда их физико-химических свойств, начиная от спектрально-люминесцентных и кончая, например, такими как давление насыщенных паров при заданной температуре. При использовании молекул с подходящим комплексом свойств необходимо также располагать источником накачки, обеспечивающим достаточное для развития и поддержания импульсной или стационарной генерации возбуждение молекул. Весьма важную роль играют безызлучательные внутри- и межмолеку-лярные релаксационные процессы, стремящиеся вернуть возбужденную молекулу в равновесное состояние. Эти процессы могут быть как полезными, так и вредными. В первом случае они способствуют созданию необходимой для генерации инверсии заселенностей пары рабочих уровней лазера, во втором — конкурируют с лазерным переходом. Их вероятность определяется прежде всего числом колебательных степеней свободы в молекулах, т. е. сложностью молекул. От степени сложности молекул, плотности молекулярных колебательно-вращательных состояний и скоростей релаксационных процессов зависит и возможность непрерывной перестройки частоты генерируемого излучения в широком спектральном диапазоне. Многие из молекулярных параметров, знание которых необходимо для выбора органического соединения в качестве потенциальной активной среды лазера, до сих пор неиз- [c.161]

Цель настоящего обзора — познакомить читателя с принципами действия лазеров на основе органических соединений с оптической накачкой и рабочими переходами между вращательными, колебательными и электронными уровнями молекул и охарактеризовать современное состояние развития соответствующих направлений в квантовой электронике. На конкретных примерах (газовые лазеры на фторметане, тетрафторметане, диоксиде и серо-оксиде углерода, лазеры на растворах сложных органических соединений) рассмотрены различные механизмы оптической накачки молекул, спектральные переходы, ответственные за процессы возбуждения молекул и генерации излучения. Сделаны оценки максимальных коэффициентов усиления излучения в активных средах, обсуждены особенности лазеров и их генерационные характеристики. Приведены сведения, позволяющие составить представление о масштабах и уровне исследований и разработок лазеров на основе органических соединений с оптической накачкой. Из-за ограниченного объема статьи вопросы техники лазеров этого вида не получили должного освещения. [c.162]

Эффективность работы ДИК-лазера зависит от многих параметров способа накачки, давления и температуры рабочего газа, поляризации излучения накачки, параметров оптического резонатора, конкретный выбор которых определяется молекулярными характеристиками активной среды. Важнейшую роль играют скорости врап ательной и колебательной релаксаций, параметры насыщения переходов с поглощением и излучением. При недостаточно быстрой колебательной релаксации (эффект узкого горла ) инверсия заселенностей вращательных уровней в возбужденном колебательном состоянии будет существовать лишь в течение короткого промежутка времени после начала накачки, так как в результате вращательной релаксации, скорости которой выше скоростей колебательной релаксации, среди вращательных уровней быстро установится больцмановское распределение заселенностей. Возможно, в значительной степени с этим неучтенным должным образом в теории эффектом узкого горла связано расхождение в несколько раз эконериментальных и расчетных величин /Сус [12, 17]. Более полный учет процессов колебательной релаксации молекул и некоторых других эффектов приводит в случае непрерывного лазера на фторметане к лучшему согласию экспериментальных и теоретических значений его выходных параметров [29] (одна из программ расчета параметров ДИК-лазеров на ЭВМ описана в [30]). При низких давлениях рабочего газа и насыщении возбуждаемого перехода коэффициент усиления мал из-за малой абсолютной величины инверсии уровней. С ростом давления эта величина растет, однако растет и эффективность столк-новительной вращательной релаксации, приводящей к термализа-ции вращательных уровней. Из-за столкновительного уширения линии излучения уменьшается сечение вынужденного испускания. Кроме того, уменьшается скорость диффузии молекул, играющей важную роль в процессах колебательной релаксации. В результате Кус при давлениях выше некоторого оптимального начинает падать. Оптимальное давление большинства ДИК-лазеров составляет 4-ь40 Па, причем в одном и том же газе оптимальные давления для генерации на разных длинах волн обычно различны. [c.174]

Особое место в методах оптической накачки активных сред ИК-лазеров занимает накачка некогерентным излучением импульсной лампы, ставшая возможной благодаря использованию межмолекулярного электронно-колебательного переноса энергии Е—V-nepeHo ) [87—89]. В этом явлении, механизм которого далеко еще не ясен, электронно-возбужденный атом в столкновениях с молекулой отдает свою энергию на возбуждение молекулярных колебаний, причем иногда с довольно высокими вероятностью и селективностью. Эффективность такого преобразования энергии зависит прежде всего от точности резонанса между возбужденным электронным уровнем атома и не слишком высоко возбужденным колебательным уровнем молекулы. Поэтому атом брома в электронном состоянии 4 Pi/2 с энергией 3685 см , выбранный авторами работ [87—89] в качестве донора энергии, — хороший партнер в процессе электронно-колебательного переноса энергии. [c.184]