Двухфотонное поглощение

При двухфотонном поглощении два фотона поглощаются одновременно. Это явно нелинейный процесс, и его сечение во много раз меньше, чем при ступенчатом, однофотонном, поглощении. Вместо закона Бугера-Ламберта-Бера дифференциальные уравнения для поглощения двух излучений на частотах и //у с интенсивностями 7 и 1у соответственно (обозначения см. на рис. 8.2.23), распространяющихся вдоль оси в нелинейной поглощающей среде, имеют следующий вид [78] [c.408]

В спектроскопических методах результат взаимодействия света с молекулярными системами регистрируется как функция отклика. Она отражает либо изменение какого-нибудь параметра воздействующей световой волны (амплитуды, частоты и направления волны, фазовых характеристик, поляризации, скорости распространения и т. д.), либо появление нового качества (например, генерацию второй гармоники излучения). Зависимость функции отклика от интенсивности световой волны определяет деление на линейную (линейная зависимость) и нелинейную (нелинейная зависимость) спектроскопии. В этой книге излагаются методы как линейной лазерной спектроскопии (абсорбционная и флуоресцентная спектроскопия комбинационное рассеяние), так и некоторые методы нелинейной оптической спектроскопии (двухфотонное поглощение, нелинейное рассеяние). Отдельно будут изложены методы фемтосекундной спектроскопии. [c.114]

Двухфотонное поглощение. Отметим еш,ё два необычных для классической оптики эффекта, которые стали возможными в сильных лазерных полях, — многофотонное поглощение и различные проявления динамического Штарк-эффекта. [c.408]

Оптическая мощность современных лазеров в 10 ООО раз выше на любой частоте, чем мощность любой самой большой импульсной лампы. Очевидно, что они не просто расширяют возможности, которые давали обычные источники света. Взаимодействие молекул с фотонным полем такой огромной интенсивности приводит к новым процессам. Например, при нормальной интенсивности света одновременное поглощение двух фотонов одной молекулой представляет собой настолько редкое явление, что оно не может быть обнаружено. Но вероятность такого события возрастает пропорционально квадрату интенсивности света. Лазеры позволяют увеличить интенсивность света в 10 ООО раз, и вследствие этого вероятность двухфотонного поглощения становится на четыре порядка выше, чем вероятность поглощения одного фотона. Это позволяет нам осуществлять в экспериментах генерацию молекулярных состояний, не достижимых при однофотонном возбуждении. Более того, полная поглощенная энергия может стать достаточной для ионизации молекулы. А это открывает новые перспективы в химии ионов. Интерес к этой области исследований быстро растет, поскольку недавно были открыты ион-молекулярные реакции в межзвездном пространстве, а также потому что ионы являются основными частицами в плазме (тлеющий разряд) и при ядерном синтезе. Двухфотонная ионизация была использована для обнаружения особых молекул в специфически трудно достижимых условиях, подобных существующим в пламенах и при взрывах. Например, концентрацию оксида азота N0, который является составной частью смога, можно легко определить в пламени по количеству ионов, образующихся [c.148]

При соответствующей частоте со лазерного излучения может наблюдаться процесс двухфотонного поглощения. Для его возникновения необходимо наличие перехода с такой частотой ио, [c.57]

Следует упомянуть и о других случаях возбуждения антистоксовой люминесценции, т. е. люминесценции, длина волны которой меньше длины волны поглощаемого света. При очень высокой плотности возбуждения, создаваемой лучом лазера, такой эффект достигается слиянием двух фотонов в момент их взаимодействия с веществом (это явление носит название двухфотонного поглощения). Может быть использовано и двухступенчатое возбуждение. Например, вначале электрон из валентной зоны забрасывается на незанятый уровень дефекта А (рис. 20), а затем нри поглощении второго кванта поднимается в зону проводимости. Рекомбинация электрона и дырки происходит на другом дефекте В. [c.48]

Наряду с описанными возможны процессы флуоресценции в результате фотоионизации и последующей рекомбинации иона, возбуждение за счет атомных столкновений, фотодиссоциации молекул и некоторые другие. В частности, при одновременном поглощении атомом двух фотонов, имеющих суммарную энергию, равную энергии верхнего уровня, при переходах с которого наблюдается излучение. Хотя вероятность двухфотонного поглощения существенно меньше вероятности однофотонного, при лазерном возбуждении двухфотонная флуоресценция может быть достаточно интенсивной. [c.13]

Суммирование ведется по участвующим в процессе фотонам У/. Если имеются фотойы только одной частоты (у1 = У2=. .. = = у), то этот процесс может быть записан как В(/) + иАу ->В/. Простейшим примером многофотонного поглощения является двухфотонное поглощение. Двухфотонные переходы имеют правила отбора, отличные от правил отбора при однофотонном поглощении. Для однофотонных переходов требует- [c.124]

Замедленная флуоресценция, триплет-триплетная аннигиляция и двухфотонное поглощение [c.140]

В последнее время появились теоретические работы по многофотонному поглощению и ионизации [242—246]. Экспериментально двухфотонное поглощение наблюдалось в луче рубинового лазера парами цезия и калия [218]. [c.75]

Энергия фотона может быть значительно увеличена за счет двухфотонного поглощения (следует отличать от двухступенчатого поглощения см. разд. 3.9). Процессы многоквантового поглощения позволяют осуществлять те фотохимические реакции, которые на первый взгляд кажутся невозможными (хотя они вряд ли имеют значения для природных процессов). Как мы объясняли в разд. 3.9, высокая интенсивность лазерного излучения делает возможным одновременное поглощение двух фотонов, и наблюдаются процессы излучения с двухквантово-воз-бужденных уровней. Например, излучение паров цезия на переходе 920з/2- 62Рз/2 (Х = 584,7 нм) может быть возбуждено лазерным излучением с Я = 693,78 нм, хотя при нормальных условиях цези1г прозрачен для красного света этой длины волны. Однако излучение с Я = 693,78 нм соответствует точно половине энергии, требуемой для возбуждения состояния цезия [c.138]

Когда значительная доля атомов возбуждена на выбранный верхний энергетический уровень при помощи лазера с высокой плотностью излучения, то можно наблюдать линии поглощения, которые вызваны выбранным возбужденным состоянием. Следовательно, при этом для чувствительных спектральных измерений возможно использование совершенно новых серий энергетических уровней. Такой двухступенчатый метод поглощения может быть полезным в аналитических исследованиях, в которых первый этап поглощения находится в области, где имеются спектральные помехи, тогда как второй этап поглощения (из возбужденного состояния) относительно свободен от помех. Кроме того, влияние доплеровского уширения можно эффективно устранить, заселяя возбужденные состояния с помощью двухфотонного поглощения, в котором каждый фотон дает половину энергии, необходимой для возбуледения атома. [c.181]

Возбуждение верхнего энергетического уровня путем одновременного поглощения двух фотонов, движущихся в противоположных направлениях, приводит к минимизации или устранению донлеровского уширения [70—75]. Поглощение происходит в том случае, когда сумма энергий двух фотонов равна разности энергий между соответствующими двумя энергетическими уровнями. Поскольку фотоны движутся в противоположных направлениях, доплеровский сдвиг длины волны атома относительно одного фотона компенсируется противоположным доплеровским сдвигом атома относительно другого фотона. Естественно, все атомы в общей населенности испытывают одинаковое влияние независимо от того, какие доплеровские компоненты они имеют. Это сильно отличается от спектроскопии насыщения (разд. 3.4), где только атомы с нулевой (или близкой к нулевой) доплеровской составляющей скорости детектируются слабым зондирующим пучком. Следовательно, сигнал в спектроскопии насыщения зависит от функции распределения доплеровского уширения, тогда как при двухфотонном поглощении он не зависит от нее. [c.183]

Следовательно, этот метод позволяет определить новые возбужденные состояния и объяснять такие связанные с ними явления, как безызлучательные переходы или системы пересечения уровней. Первые результаты были получены для бензола [ИЗ—115J и N0 [115, 116J с помощью лазеров на красителях, накачиваемых азотным лазером. Симметрия состояния, которое можно заселить в результате двухфотонного поглощения, зависит от поляризации излучения двух лазеров, используемых для возбуждения. Это значительно облегчает идентификацию верхнего состояния [117]. [c.272]

Серьезным недостатком спектроскопии насыщения является то, что в процессе поглощения участвует очень малая доля пробы (например, те атомы, которые движутся перпендикулярно лучам лазеров) и только часть из них участвует в насыщающем взаимодействии. Разработанный недавно метод двухфотонного поглощения не имеет этого недостатка [78—82]. Хотя вероятности двухфотонного поглощения низки, высокая спектральная мощность лазерных источников позволяет довольно легко детектировать этот процесс. Если два фотона, участвующие в процессе поглощения, соответствуют одной и той же длине волны и движутся в противоположных направлениях, то вклады доплеровского уширения первого порядка гасятся у каждого молекулярного (атомного) центра и наблюдаются естественные щирины линий. В отличие от рассмотренного выще случая однофотонной спектроскопии насыщения все ато.мы или молекулы в лазерном пучке могут участвовать в процессе поглощения, и поэтому сигналы могут быть достаточно сильными. Установка для наблюдения двухфотонных, свободных от доплеровского уширения переходов достаточно проста и изображена на рис. 8.19. Вклады от двух фотонов, движущихся в одном и том же направленип, малы, поскольку сечения ушпрены за счет доплеровского эффекта. Очень узкие естественные ширины линий ( 50 МГц), наблюдаемые ири двухфотонных поглощениях, дают возможность проводить детальный анализ даже изотопов (см. ниже) или ядерных изомеров и могут быть селективно модулированы посредством слабых полей [83] (рис. 8.20). [c.572]

В настоящее время исследуется большое число нелинейных оптических взаимодействий высокоинтенсивных лазерных лучей с веществом [113, 114]. Два из них — спектроскопия насыщения и двухфотонное поглощение — уже были рассмотрены. Третьим методом является когерентная антистоксова спектроскопия комбинационного рассеяния ( ARS)—метод смещения четырех волн, который привлек широкое внимание и уже нашел некоторое аналитическое применение. Уникальное свойство ARS состоит в том, что оптический сигнал, испускаемый в результате взаимодействия в образце трех фотонов из двух падающих лазерных лучей, сам по себе является когерентным в пространстве и времени лучом ( четвертой волной ). Таким образом, этот метод обладает геометрическими преимуществами лазерной абсорбционной спектроскопии из-за отсутствия потерь, подчиняющихся закону обратной пропорциональности квадрату расстояния, как в падающем, так и в испускаемом образцом свете. Так, пространственную когерентность испускаемого луча можно использовать для исследования недоступных образцов, например внутренней камеры реактивного двигателя [115]. [c.587]

При гиперкомбинационном рассеянии два кванта падающего излучения лазера приводят к двухфотонному поглощению, и линии КР появляются при частотах /г(2уо v m ) вынужденное и инверсное КР связаны с наличием вынужденных поглощения и излучения. Процесс двухфотонного поглощения и спектры вынужденного [c.151]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология