Описание лабораторной установки. Изучение физической сущности метода внутрирезонаторной лазерной спектроскопии, его модификаций, экспериментальных установок и приобретение навыков измерения

ВО ВНУТРИРЕЗОНАТОРНОМ СПЕКТРОАНОЛЕЗАТОРЕ.

Цель работы

Изучение физической сущности метода внутрирезонаторной лазерной спектроскопии, его модификаций, экспериментальных установок и приобретение навыков измерения узкополосных спектров поглощения вещества.

Основные теоретические положения

Абсорбционная спектроскопия располагает мощным методом исследования, называемым методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии, базирующимся на высокой чувствительности спектрального распределения излучения широкополосных лазеров к узкополосным потерям, вводимым между зеркалами резонатора. Схема классической экспериментальной установки приведена на рис. 10. Исследуемое вещество 5 помещалось в резонатор лазера на красителях (зеркала резонатора 8). Кювета с красителями 4 (активная среда лазера на красителях) помещалась также в резонатор. Для накачки лазера на красителях использовался мощный рубиновый лазер 1. Если из резонатора лазера на красителях убрать исследуемое вещество 5, то спектр генерации, регистрируемый спектрометром 7, будет определяться генерационными характеристиками органического красителя 4. При помещении исследуемого вещества 5 в резонатор лазера на красителе, спектр генерации красителя будет изменяться, так как исследуемое вещество вносит узкополосные потери.

При известном спектре генерации органического красителя можно зарегистрировать и измерить частотные составляющие, поглощенные исследуемым веществом, и тем самым определить состав вещества, даже если его ингредиенты имеют незначительные концентрации. Высокая чувствительность метода обусловлена многократным прохождением излучения по резонатору и в том числе через исследуемую среду в течение импульса генерации.

Функциональная схема внутрирезонаторной спектральной
лазерной установки,

где: 1 – твердотельный рубиновый лазер; 2 – рассеивающая линза,
3 – цилиндрическая линза; 4 – кювета с органическим красителем;
5 – кювета с исследуемым раствором вещества; 6 – отражательные зеркала;
7 – монохроматор; 8 – зеркала резонатора жидкостного лазера на красителях; 9 – цифровой вольтметр

Описание лабораторной установки

Схема экспериментальной установки для изучения узкополосных спектров поглощения с целью определения элементного состава неизвестного вещества приведена на рис. 11.

Экспериментальная лазерная установка содержит два лазера: твердотельный ИАГ: Nd³⁺-лазер с удвоителем частоты и твердотельный широкополосный лазер на красителях.

Твердотельный лазер на алюмоиттриевом гранате с модуляцией добротности и преобразованием частоты излучения при импульсной накачке на основе квантрона с безжидкостным охлаждением предназначен для накачки перестраиваемых лазеров на красителях в полимерных матрицах.

Лазер состоит из двух частей: излучателя и блока питания и управления. Излучатель лазера предназначен для генерации импульсов лазерного излучения с длиной волны 532 нм. Функциональная схема излучателя представлена на рис. 12. Резонатор лазера образован зеркалами 1 и 7, пропускание которых на l = 1,06 мкм не превышает
0,5 %. Зеркало 7 – плоское, а зеркало 1 – вогнутое сферическое с радиусом кривизны r = 1 м, что обеспечивает устойчивость резонатора и необходимую стабильность параметров излучения в различных режимах работы, когда термические искажения, возникающие в активном элементе, изменяют параметры резонатора.

. Внутрирезонаторная лазерная установка

1 – зеркало оптического резонатора с коэффициентом отражения 30-50 %;
2 – зеркало оптического резонатора с коэффициентом отражения 100 %;
3 – спектроскопическая кювета с веществом; 4 – дисперсионный двухпризменный элемент; 5 – активный лазерный элемент на твердых растворах красителей; 6 – сферическая линза; 7 – монохроматор;
8 – фотоэлектронный умножитель; 9 – блок питания ФЭУ; 10 – цифровой вольтметр; 11 – компьютер; 12 – ИАГ: Nd³⁺-лазер с удвоителем частоты;
13 – блок питания ИАГ: Nd³⁺-лазера