Когерентная спектроскопия комбинационного рассеяния. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Когерентная спектроскопия комбинационного рассеяния - нелинейно-оптич. метод исследования спектров комбинац. рассеяния (КР), когерентный вариант активной лазерной спектроскопии комбинац. рассеяния света. В К. с. к. р. исследуют рассеяние не на равновесных элементарных возбуждениях среды, имеющих флуктуац. характер (как в обычной спектроскопии спонтанного комбинационного рассеяния света), а рассеяние света в среде, внутр. движения в к-рой предварительно селективно сфазированы с помощью дополнит, лазерных источников света. К. с. к. р. отличается также и от спектроскопии вынужденного комбинац. рассеяния света (см. Вынужденное рассеяние света)отсутствием порога по интенсивности .

В когерентной спектроскопии комбинационного рассеяния для фазирования колебаний молекул с частотой

используется двухчастотное лазерное излучение, частоты компонент к-рого

подбираются так, чтобы выполнялось условие комбинац. резонанса:

. При этом на хаотич. внутримолекулярное движение, имеющее флуктуац. характер, накладываются регулярные вынужденные колебания с частотой

, фазы к-рых в разл. молекулах определяются фазами компонент лазерного поля; в результате в среде возбуждается волна когерентных молекулярных колебаний.

Если компоненты двухчастотного лазерного поля накачки представлены плоскими волнами с волновыми векторами k₁ и k₂, то волна когерентных молекулярных колебаний также будет плоской с волновым вектором q=k₁-k₂. Рассеяние зондирующего излучения с частотой ш и волновым вектором k носит в этом случае характер дифракции на бегущей волне когерентных молекулярных колебаний (рис.). Вследствие Доплера эффекта частота дифрагированной волны отличается от частоты волны зондирующего излучения на

(

- -

), т. е.

- (

) (частота стоксовой компоненты КР) либо

(частота антистоксовой компоненты КР), а её волновой вектор определяется соотношениями типа условий Брэгга:

(в случае стоксова рассеяния) либо

(в случае антистоксова рассеяния).

С помощью перестраиваемого по частоте источника частоту

можно сканировать вблизи области комбинационного резонанса и регистрировать при этом изменение интенсивности I (или поляризации, или фазы) дифрагировавшей компоненты зондирующего пучка. В частном случае плоских волн интенсивности сток-совой I_с и антистоксовой I_а компонент могут быть вычислены из соотношения:

где I₁ и I₂ - интенсивности соответствующих волн накачки (эрг/см²-с), L-длина области взаимодействия волн (см),

; нелинейная восприимчивость среды третьего порядка

= =

, где

- нерезонансная электронная,

- резонансная комбинационная нелинейные восприимчивости среды. Для уединённой компоненты КР лоренцевой формы (см. Контур спектральной линии:)

N_a, N_b - населённости ниж. и верх. уровней исследуемого перехода соответственно;

- сечение КР на единицу телесного угла

; Г (рад/с) - ширина резонансной спектральной линии КР.

При использовании жёсткой фокусировки лазерных пучков внутрь среды полная мощность рассеянной компоненты определяется только полными мощностями пучков накачки и параметрами среды и может превосходить мощность компонент спонтанного КР на много порядков.

В когерентной спектроскопии комбинационного рассеяния регистрируют рассеянный сигнал в специально выбранном спектральном диапазоне, свободном от засветок возбуждающего излучения и паразитных некогерентных эффектов типа люминесценции (обычно используется антистоксова спектральная область). Высокая коллимированность пучка когерентно рассеянного излучения позволяет эффективно выделять полезный сигнал на фоне некогерентных засветок и помех; при использовании в качестве источников зондирующего излучения узкополосных стабилизированных лазеров достигается высокое спектральное разрешение полос КР, определяемое свёрткой спектров источников. Благодаря интерференц. характеру формы спектральной линии с помощью К. с. к. р. удаётся наблюдать интерференцию нелинейных резонансов разной природы (в частности, электронных и колебат. резонансов в молекулярных средах). Исключительно высокая разрешающая способность отд. модификаций К. с. к. р. путём подбора условий интерференции даёт возможность выявлять скрытую внутр. структуру неоднородно уширенных полос рассеяния, образованных наложив-шимися друг на друга линиями разной симметрии. "Многомерность" спектров когерентной спектроскопии комбинационного рассеяния обеспечивает значительно более полное, чем в спектроскопии спонтанного КР, изучение оптич. резонансов вещества. В когерентной спектроскопии комбинационного рассеяния разработаны методы получения полных комбинац. спектров за время от 10^-8 с до 10^-11 с.

Когерентная спектроскопия комбинационного рассеяния широко распространена как метод невозмущающей локальной диагностики поступательной (вращательной, колебательной и т. п.) температуры газов, газовых потоков или низкотемпературной плазмы, определения количеств. и качеств. состава смеси, распределения в пространстве и во времени компонент смесей и т. п. Когерентная спектроскопия комбинационного рассеяния применяется для исследования процессов в реактивных двигателях, мощных газовых лазерах, в установках для разделения изотопов, в электрич. разрядах, плазме, для исследования кинетики горения и взрыва, процессов обтекания твёрдых тел аэродинамич. потоками и др.

Альтернативой описанному стационарному варианту когерентной спектроскопии комбинационного рассеяния является нестационарная К. с. к. р., в к-рой исследуется во времени процесс дефазировки когерентных молекулярных (решёточных и т. п.) колебаний, возбуждённых парой коротких импульсов, длительность к-рых меньше времён релаксации фазы и энергии исследуемых колебаний.

Литература по когерентной спектроскопии комбинационного рассеяния

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.