Подмножество доплеровских скоростей

Подставляя формулу (46) в формулу (50) и учитывая аналогию с формулой (44) для коэффициента поглощения полихроматического пучка в каждом подмножестве доплеровской скорости атомов, облучаемых полихроматическим пучком, получим [c.172]

Для того чтобы ограничиться рассмотрением только тех атомов, которые находятся в узком подмножестве доплеровских скоростей, оба участвующих пучка коллимируют, направляя их так, чтобы они пересекались друг с другом под очень малым углом в наблюдаемом объеме. Пучки должны распространяться практически в одном или противоположных направлениях. (Преимущества противоположных направлений рассмотрены ниже.) Так как пучки почти параллельны, все атомы имеют примерно одинаковую составляющую скорости в направлении каждого пучка, т.е. подмножество доплеровских скоростей атомов для одного пучка содержит те же самые атомы, которые входят в соответствующее подмножество доплеровских скоростей атомов для другого пучка. Следовательно, атомы только одного подмножества доплеровских скоростей (со спект- [c.174]

Когда эти два пучка распространяются в противоположных направлениях, они взаимодействуют с тем же самым подмножеством доплеровских скоростей, если их соответствующие длины волн расположены на равных расстояниях по обе стороны от длины волны Ко, соответствующей атомам с нулевой доплеровской скоростью. В этом случае можно произвольно принять, что зондирующий пучок распространяется в обычном направлении (для которого первоначально был определен доплеровский сдвиг), в то время как сильный пучок имеет обратное направление. Тогда длины волн зондирующего пучка Кр и Яо для атомов в рассматриваемом подмножестве доплеровских скоростей остаются для формулы (55) в той же самой системе отсчета, а длина волны для атомов в подмножестве доплеровских скоростей, которое облучается сильным пучком с длиной волны Кз, теперь задается выражением Яо + (Яс — 5) = (2Яо — [c.176]

Доплеровское уширение существенно во всех обычно используемых в атомной абсорбции атомизаторах, но его влияние на контур коэффициента поглощения ие всегда приводит к функции Фойгта, описывающей контур при равновесных условиях с низкой плотностью падающего излучения. Доля возбужденных атомов будет больше в подмножестве доплеров-ских скоростей с длиной волны Яо, расположенной ближе к длине волны лазерного пучка X, чем в подмножестве доплеров-ских скоростей, у которого длина волны удалена от длины волны лазерного пучка. По формуле (37) можно найти коэффициент поглощения каждого подмножества, за исключением тех случаев, когда столкновения изменяют скорость возбужденного атома, вызывая его перескок из одного доплеровского подмножества в другое. Если возбужденный атом не тушится (не переводится на нижний уровень со снятием возбуждения) столкновением, то такое столкновение дает дополнительный механизм, увеличивающий долю возбужденных атомов в подмножествах доплеровских скоростей с резонансными длинами волн, которые не всегда близки к длине волны лазера. Доля возбужденных атомов в далеко отодвинутом подмножестве доплеровских скоростей становится больше, чем без таких меняющих скорость столкновений, и тогда коэффицнент поглощения, предсказываемый формулой (37), для этого подмножества становится слишком большим. [c.168]

Преяаде чем рассматривать контуры линий для таких случаев, рассмотрим один случай, в котором формула (37) приложима для пламен, используемых в атомно-абсорбционной спектрометрии. В этом случае возбужденный атом из одного подмножества доплеровских скоростей не меняет существенно своей доплеровской скорости за счет столкновенпй, прежде чем он покинет возбужденный энергетический уровень. Изменение доплеровского сдвига должно быть намного меньше, чем ширина доплеровского контура, и меньше, чем ширина контура Лоренца. Этот случай мог бы также реализоваться, если бы столкновения, вызывающие существенное изменение доплеровской скорости, тушили возбужденный атом, переводя его на нпжний энергетический уровень [58]. Возможно, это верно для обычных аналитических пламен, где скорость тушения высока. В этом случае переходами возбужденных атомов между подмножествами доплеровских скоростей можно пренебречь и формулу (37) использовать для определения коэффициента поглощения для каждого подмножества доплеровских скоростей. Предполагая максвелловское распределение скоростей для всех атомов, можно показать, что относительное число атомов в каждом подмножестве скоростей, которое сдвинуто на частоту Яо, задается гауссовским распределением %оЛв), где Я,о есть центр распределения. Коэффициент поглощения для фотонов с длиной волны Я для каждой из доплеровских групп взвешивается гауссовской функцией (Яо, Яо), и при интегрировании (сложении) получается полный козффициент поглощения к к), характеризующий поглощение фотонов с длиной волны Я всеми доплеровскими подмножествами. Результирующий коэффициент поглощения имеет вид [c.169]

Пучок падающего излучения состоит из ряда интервалов длин волн щириной йк каждый, имеющих плотность Ехйк. Плотность излучения каждого интервала длин волн дает вклад в насыщение подмножества доплеровской скорости, увеличивая долю возбужденных атомов и уменьшая долю поглощающих атомов в каждом подмножестве. В том случае, когда переходами возбужденных атомов между доплеровскими подмножествами можно пренебречь, полное насыщение, обусловленное всеми интервалами длин волн, получают интегрированием по всем длинам волн в пучке. Тогда знаменатель в формуле (41) (насыщающий член) принимает вид [c.170]

Коэффициент поглощения полихроматического пучка, обусловленный всеми подмножествами доплеровской скорости, кполп, получают путем интегрирования по всем подмножествам, в результате чего имеем [c.172]

Влияние доплеровского уширения на контур линии поглощения можно минимизировать или в значительной степени устранить методом двух пучков, в котором первоначально возбуждаются только атомы, находящиеся в определенном подмножестве доплеровской скорости [17, 18, 59—61]. Этот метод, применявшийся для разрешения сверхтонких компонент атомных линий, в частности, полезен при улучшении разрешения по длине волны в атомизаторах низкого давления типа разряда в полом катоде, так как доплеровское уширение является основным источником уширения линии при низком давлении. В данном методе, иногда называемом спектроскопией насыщения , используется сильный монохроматический пучок для попеременного насыщения атомной населенности в конкретном подмножестве доплеровских скоростей. Для определения изменений коэффициента поглощения среды, вызванных сильным переменным пучком, измеряют поглощение в слабом монохроматическом зондирующем пучке. Конечно, амплитуда изменения коэффициента поглощения пропорциональна концентрации в оптически тонкой среде. Мы примем, что столкновения, вызывающие изменение скоростей возбужденных атомов, а значит, и их перескоки из одного подмножества доплеровских скоростей в другое отсутствуют. Такие столкновения, уширяющие наблюдаемый контур спектральной линии, будут рассмотрены иозже. [c.174]

Для того чтобы разрешить две близко расположенные линии поглощения, которые сильно перекрываются из-за доплеровского уширения, нужно не только устранить эффект доплеровского уширения из сканируемых контуров линий, но и каким-то образом гарантировать, что наблюдается только подмножество доплеровских скоростей с нулевой скоростью (нет доплеровского сдвига от Это легко осуществить в том случае, когда оба пучка имеют одинаковую длину волны и распространяются в противоположных направлениях. (Очевидное преимущество этого метода заключается в необходимости использования только одного перестраиваемого лазера для генерации двух пучков.) Тогда два пучка сильно взаимодействуют с тем подмножеством доплеровской скорости, у которого нет составляющей скорости (т. е. нулевая скорость) в направлении, параллельном пучкам, т. е. Кз = Кр — Яд. Во всех других подмножествах скоростей атомы, которые перемещаются по направлению к одному пучку, будут двигаться в направлении, противоположном другому пучку. Доплеровский сдвиг по отношению к одному пучку будет равен, но противоположен сдвигу для другого пучка. Поскольку длины волн обоих пучков одинаковы, они всегда взаимодействуют главным образо. с двумя разными группами атомов (в подмножествах скоростей с противоположных сторон от длины волны Ко, соответствующей нулевому донлеровскому сдвигу). Однако переменный сигнал оказывается максимальным в том случае, когда оба пучка настроены так, что они сильно взаимодействуют с одной и той же группой атомов. Это условие реализуется только для подмножества с нулевой доплеровской скоростью, где Яо = Кв. [c.177]

Между двумя линиями поглощения образуется аномальный провал, так как эти две линии имеют одинаковый верхний энергетический уровень и перекрываются друг с другом из-за доплеровского ушнрення в обычном эксперименте по определению поглощения. Для некоторого подмножества доплеровских скоростей сильный лазерный пучок совпадает с одним переходом, а зондирующий пучок — с другим, когда лазерные пучки настроены на некоторую среднюю длину волны между двумя этими переходами. Поскольку сигнал обусловлен разностью поглощений, в зависимости от того, включен или выключен сильный пучок, на рпс. 3.4 появляется пик, направленный вверх в тех случаях, когда сильный пучок уменьшает населенность нижнего уровня, вызывая уменьшение поглощения зондирующего пучка этими атомами. [c.179]

И на разрешение по длине волны, так как от нее зависит ширина линии. Константа скорости тушения важна и в измерениях атомной флуоресценции (гл. 4). Как предположили Оменетто и др. [57], константу скорости Й21 можно найти, если известна (Яо)нас [формула (36)]. При экспериментальном определении (Яо) ас иногда желательно устранить неопределенность вследствие столкновений, вызываюших переходы между подмножествами доплеровских скоростей, с помощью однородного облучения атомов во всех подмножествах доплеровских скоростей источником непрерывного спектра с постоянной спектральной плотностью падающего излучения. Этим требованиям удовлетворяет лазер, у которого длины волн мод отстоят друг от друга на расстояние, меньшее чем лоренцевская ширина атомных переходов, и моды имеют одинаковые интенсивности. [c.180]

Следовательно, обращенное направление аномального провала указывает на то, что населенность атомов на нижнем уровне, детектируемая зондирующим пучком, увеличивается в те моменты, когда сильный пучок включен. Увеличение населенности одного нижнего уровня вызвано накачкой, посредством которой сильный пучок возбуждает атомы с другого нижнего уровня на общий верхний уровень, откуда они релаксиру-ют на первый упомянутый нижний уровень, населенность которого детектируется зондирующим пучком. Если два рассматриваемых перехода имеют общий нижний уровень, то аномальный пик ориентирован вверх, т. е. в таком же направлении, как и два пика, соответствующие двум обычным переходам. Аномальные пики появляются в спектре только при достаточно большом доплеровском уширении, когда подмножество допле-ровских скоростей имеет доплеровские сдвиги /.о — >.д, равные половине разности дл ш волн между двумя линиями с общим уровнем. Аномальные лпнии не появляются, если переходы принадлежат разным атомам. [c.179]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология