Оригинално заглавие:
ULTRASENSITIVE LASER SPECTROSCOPY
EDITED BY DAVID S. KLIGER
Division of Natural Sciences University of California Santa Cruz, California
*
ПОД РЕДАКЦИЕЙ Д. КЛАЙДЖЕРА
Перевод с английского
кандидатов физ.-мат. наук А. А. МАКАРОВА и Н. П. ФУРЗИКОВА
под редакцией
д-ра физ.-мат. наук, проф. В. С. ЛЕТОХОВА
*
Аннотация
Коллективная монография, написанная ведущими американскими специалистами, содержит обзоры, в которых рассмотрены последние достижения лазерной оптоакустической спектроскопии газов и конденсированных срел, теоретические и экспериментальные аспекты спектроскопии при одно- и двух-фотонном возбуждении спектральных переходов, метод тепловой линзы, метод резонансной двух- и многофотонной ионизации молекул, способы измерения поглощения по сдвигу фазы лазерного излучения, метол внутрирезонаторной спектроскопии, аналитические приложении лазерной спектроскопии поглощения и флуоресценции.
Для научных работников в области лазерной спектроскопии и ее аналитических применений, а также л.тя студентов и аспирантов.
*
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора перевода 5
Предисловие 11
Глава 1. ФОТОАКУСТИКА: СПЕКТРОСКОПИЯ И ДРУГИЕ ПРИМЕНЕНИЯ. Э. Там .. 13
1. Введение 13
II. ФА спектроскопия газов 14
А. Теория 14
Б. Измерительная аппаратура для ОА исследований газов 22
В. Измерение слабых линий поглощения 29
Г. Высокочувствительное детектирование следовых концентраций ... 31
Д. Поглощение из возбужденных состояний 35
Е. Химически активные газы 36
Ж. Спектроскопия усиления комбинационного рассеяния 37
3. Спектроскопия, свободная от доплеровского уширения 39
И. Многофотонное поглощение 42
III, ФА спектроскопия конденсированных сред 43
А. Метод регистрации сигнала в газовой фазе: теория 43
Б. Метод регистрации сигнала в газовой фазе: измерительная аппаратура 48
В. Метод прямой регистрации сигнала: теория 52
Г. Метод прямой регистрации сигнала: измерительная аппаратура ... 58
Д. Метод жидкостной связи 67
Е. Измерение слабого поглощения 68
Ж. Анализ следовых концентраций
3. Поглощение тонкими пленками 73
И. Поглощение аэрозолями и мелкодисперсными частицами
К. Фурье-спектроскопия 79
Л. Нелинейная спектроскопия 82
IV. ФА регистрация процессов релаксации возбужденных состояний .. 85
А. Квантовый выход флуоресценции 87
Б. Фотохимические процессы 89
В. Фотоэлектрические эффекты 92
Г. Перенос энергии 97
V. Исследование физических характеристик веществ ФА методами ... 100
А. Генерация и распространение звука 101
Б. Электрострикция 106
В. Радиационные повреждения, изменения кристалличности и фазовые переходы 107
Г. Исследования профиля образцов по глубине 109
Д. ФА микроскопия и получение изображений 113
VI. Явления, тесно связанные с ФА эффектом 117
А. Пучково-акустический эффект 117
Б. Фототермические эффекты 119
В. Фоторефракционные методы 122
VII. Заключение 123
Литература 126
Глава 2. СПЕКТРОСКОПИЯ ОДНОФОТОННОГО И ДВУХФОТОННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ. Р. Бердж 138
I. Введение 138
II. Спектроскопия возбуждения 144
А. Схема эксперимента 144
Б. Процесс возбуждения лазерным излучением 149
В. Выбор растворителя и температурные эффекты 185
Г. Оптимизация процесса возбуждения 188
Д. Регистрация флуоресценции 192
Е. Анализ данных в спектроскопии двухфотонного возбуждения 202
III. Новейшие приложения 205
А. Аналитическая спектроскопия с возбуждением импульсными лазерами и регистрацией с временным разрешением 205
Б. Колебательная спектроскопия возбуждения, использующая метод двойного резонанса 206
В. Спектроскопия возбуждения в сверхзвуковых молекулярных струях 207
Г. Спектроскопия двухфотонного возбуждения, свободная от доплеровского уширения 208
Литература 209
Глава 3. ТЕПЛОВАЯ ЛИНЗА В СПЕКТРОСКОПИИ ПОГЛОЩЕНИЯ. X. Фанг, Р. Суоффорд 214
1. Введение 214
А. Тепловые эффекты излучения 214
Б. Разработка фототермических методов регистрации 215
В. Величины фототермических эффектов. Простые оценки 216
Г. Влияние нагрева на показатель преломления 218
П. Тепловая линза 220
А. Фокусное расстояние тепловой линзы 220
Б. Условия применимости модели тепловой линзы 223
В. Теплопроводность 226
Г. Ранние измерения, основанные на использовании метода тепловой линзы 229
III. Тепловая линза во внешней поглощающей ячейке: метод Хью и Уиннери 231
А. Регистрация эффекта тепловой линзы 234
Б. Математическое описание метода Хью и Уиннери 234
В. Распространение гауссовых пучков: «закон АВСй» 235
Г. Ограничения метода Хью и Уиннери 240
Д. Зависимость величины сигнала от длины волны излучения 240
Е. Усовершенствования в методике эксперимента 242
Ж. Регистрирующая аппаратура в экспериментах по применению метода тепловой линзы , .' 244
3. Эталоны для измерений с помощью эффекта тепловой линзы 246
IV. Двухлучевой вариант метода тепловой линзы 247
А. Другие способы регистрации в двухлучевом варианте метода 250
Б. Анализ оптической схемы, применяемой в двухлучевом варианте метода 251
В. Многоканальная регистрация эффекта тепловой линзы 253
Г. Математическое описание тепловой линзы при периодически повторяющемся воздействии 254
Д. Зависимость сигнала, обусловленного эффектом тепловой линзы, от параметров эксперимента 260
Е. Устранение ограничений на длину кюветы 261
Ж. Эффект тепловой линзы в случае эллиптического гауссова пучка .. 263
3. Сопоставление измерений методом тепловой линзы с расчетом ... 265
V. Создание тепловой линзы лазером импульсного действия 266
А. Математическое описание тепловой линзы в импульсном режиме 268
Б. Создание тепловой линзы за счет двухфотонного поглощения в импульсном режиме 271
В. Математическое описание тепловой линзы, создаваемой за счет двухфотонного поглощения 274
Г. Двухфотонное поглощение при использовании импульсного лазера с высокой частотой повторений 276
VI. Выводы 279
Литература 280
Глава 4. ЛАЗЕРНАЯ ИОНИЗАЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ И МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ Д. Г. Паркер 283
I. Введение 283
А. Многофотонные процессы: история исследований .-. 287
Б. Теория возмущений 289
В. Обзор исследований по атомной МФЙ 291
Г. РМФИ и РДФИ в многоатомных молекулах: обзор 292
II. Обсуждение эксперимента 293
А. Лазер 295
Б. Образец : 297
В. Регистрирующая аппаратура 299
III. Динамика резонансной многофотонной ионизации 312
А. Теория возмущений и матрица плотности 312
Б. Скоростные (кинетические) уравнения 313
В. Простой пример скоростных уравнений — двухфотонно-резонансная МФИ 315
Г. Анализ скоростных уравнений 317
Д. Индуцированное лазером уширение линий 323
IV. Спектроскопические приложения 324
А. Спектроскопия РМФИ 325
Б. РМФИ в жидкой фазе 330
В. Спектроскопия РДФИ 331
Г. Детектирование образующихся при диссоциации фотопродуктов с помощью лазерной ионизации 336
Д. Двухчастотная спектроскопия МФИ : 339
V. Механизмы лазерной ионизации-фрагментации 345
А. Распределения энергии фотоэлектронов, получаемые при лазерной ионизации 346
Б. Процессы диссоциации, сопровождающие лазерную ионизацию ... 350
VI. Экспериментальное изучение механизмов лазерной ионизации-фрагментации 354
А. Бензол 355
Б. Другие молекулы 358
VII. Использование лазерной ионизации в аналитических целях 365
А. Сравнение с индуцированной лазером флуоресценцией и массспектрометрией с электронным ударом 367
Б. Оценки абсолютной чувствительности 369
VIII. Заключительные замечания 370
Литература 371
Глава 5. ФАЗОВЫЕ МЕТОДЫ В СПЕКТРОСКОПИИ ПОГЛОЩЕНИЯ. Д. М. Фридрих 376
I. Введение 376
II. Причины сдвига фаз 380
III. Влияние изменений показателя преломления и поглощения 386
IV. Пределы обнаружения 388
V. Экспериментальные методы 394
VI. Влияние термических градиентов 407
VII. Заключение 409
Литература 410
Глава 6. ЛАЗЕРНАЯ ВНУТРИРЕЗОНАТОРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ - Т. Д. Харрис 412
I. Введение 412
А. Происхождение эффекта повышенной чувствительности к внутри-
резонаторному поглощению 413
Б. История развития метода 416
II. Экспериментальные методы 420
А. Широкополосные поглотители 420
Б. Узкополосные поглотители 425
В. Эксперименты с образцами, находящимися в нестационарных условиях 437
III. Заключение 439
Литература 440
Глава 7. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ ЛАЗЕРНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ПОГЛОЩЕНИЯ И • ИЗЛУЧЕНИЯ. Т. Д. Харрис, Ф. Е. Литл . 442
I. Введение 442
II. Спектроскопия поглощения 442
А. Основные положения 442
Б. Измерения пропускания 446
В. Измерения поглощенной энергии : 451
Г. Рекомендации 457
III. Флуоресцентная спектроскопия 458
А. Прямое возбуждение атомов 458
Б. Прямое возбуждение молекул в растворе 471
В. Способы сужения линии 485
Г. Флуоримстрия с временным разрешением 495
Литература 510
