Когерентные переходные процессы на колебательно-вращательном переходе молекулы 13CH3F

Основные результаты диссертационной работы:

1. Для сигналов затухания свободной поляризации в виде интерференционных пиков излучений, соответствующих разным магнитным переходам, период и ширина биений обратно пропорциональны напряженности электрического поля. Из зависимости частоты биений от напряженности электрического поля оценена взвешенная разность дипольных моментов 5 = 0,15-<1о-0,1'с11 = (7,27 ± 0,8)-10 «Д. С увеличением интенсивности возбуждающего излучения (от 0,2 до 2,34 Вт/см2) уменьшается число наблюдаемых интерференционных пиков затухания свободной поляризации, при этом нарастают сигналы оптических нутаций.

2. Амплитуда фотонного эха неэкспоненциально зависит от задержек между импульсами электрического поля. В области малых задержек (0,6 -1,33 мкс) между импульсами электрического поля затухание эха определяется неупругими столкновениями. Это позволило измерить однородное уширение линии Г/р = 14,5 ± 3 МГц/Торр. В области больших задержек (более 1,33 мкс) между импульсами электрического поля дополнительный вклад в затухание эха дают упругие столкновения с изменением скорости.

Затухание сигнала стимулированного фотонного эха при увеличении задержки между вторым и третьим электрическими импульсами происходит существенно медленнее, чем затухание фотонного эха в области больших задержек (1,33 — 1,8 мкс). Это свидетельствует о нечувствительности стимулированного фотонного эха к упругим столкновениям.

3. Метод задержанных оптических нутаций оказался более выигрышным с точки зрения отношения сигнал/шум для исследования релаксационных процессов, сформированных на вращательном переходе R (4,3) колебательной полосы 0−1 моды v3 газа 13CH3 °F.

Предложена формула (49) для обработки зависимости сигналов задержанных оптических нутаций от длительности импульсов электрического поля. По этой формуле вычислены величины Г/р = 16,9 ± 3,2 МГц/Topp и rsluW/p = 1,1 ± 0,1 МГц/Topp. Значение Г/р = 16,9 ± 3,2 МГц/Topp согласуется с однородным уширением Г/р = 18,3 ± 0,6 МГц/Торр, найденным в работе [55].

Экспериментально установлено, что при использовании метода задержанных оптических нутации измеренные скорости релаксации Г/р совпадают в пределах погрешности измерений для интенсивностей от 0,12 до 1,11 Вт/см** и в диапазоне напряжённостей электрического поля от 33 до 200 В/см.

Методом задержанных оптических нутаций измерены скорости столкновительной релаксации в смесях 13CH3 °F с буферными газами: Не, Ne, Kr N2, С02. Скорость релаксации в чистом полярном газе существенно выше всех скоростей релаксации с атомарными и молекулярными буферами.

Апробация работы.

Публикации:

1. Д. В. Ледовских, Н. Н. Рубцова, Е. Б. Хворостов. Биения в сигнале затухания свободной поляризации // XI международная молодежная научная школа «Когерентная оптика и оптическая спектроскопия», сборник статей, выпуск 11, Казань. 2007. С. 200−206.

2. V.G. Gol’dort, D.V. Ledovskikh, Е.В. Khvorostov, and N.N. Rubtsova. Beating in free polarization decay//Laser Phys. Lett. 2008. V. 5, № 3. P. 197−201.

3. Д. В. Ледовских, H.H. Рубцова, Е. Б. Хворостов. Биения в сигнале затухания свободной поляризации // Ученые записки казанского государственного университета, серия физико-математические науки, Казань. 2008. Т. 150, кн. 2. С. 166−172.

4. Н. Н. Рубцова, Д. В. Ледовских, Е. Б. Хворостов, В. Г. Гольдорт. Задержанные оптические нутации в газе I3CH3 °F и его смесях с атомарными буферами // Х1П международная молодежная научная школа «Когерентная оптика и оптическая спектроскопия», сборник статей, выпуск. 13, Казань. 2009. С. 183−185.

5. N.N.Rubtsova, V.G.Gordort, V.N.Ishchenko, S.A.Kochubei, Е. В .Khvorostov, D.V.Ledovskikh, and I.V.Yevseyev. Velocity effects in atomic and molecular collisions: study by coherent transients // Laser Physics. 2010. V. 20, № 3, P. 568−572.

6. H.H. Рубцова, И. В. Евсеев, В. А. Решетов, В. Г. Гольдорт, В. Н. Ищенко, С. А. Кочубей, Д. В. Дедовских, Е. Б. Хворостов. Влияние скорости поступательного движения активных частиц на свойства фотонного эхо // Известия РАН, сер. физ. 2010. Т. 74. С. 966−969.

1 i.

7. N.N. Rubtsova, D.V. Ledovskikh, V.A. Reshetov. Collision relaxation in CH3 °F with buffers // Laser Physics Letters. 2010. V. 7, № 10, P. 734−738.

Результаты по теме диссертационной работы докладывались на следующих школах и симпозиумах:

1. XI международная молодежная научная школа «Когерентная оптика и оптическая спектроскопия», 25−27 октября 2007, Казань, Россия.

2. ХШ международная молодежная научная школа «Когерентная оптика и оптическая спектроскопия», 26 — 28 октября 2009 г., Казань, Россия.

3. IX международный симпозиум по фотонному эху и когерентной спектроскопии (ФЭКС'2009), 26−31 октября 2009 г., Казань, Россия.

Благодарности.

Автор диссертационной работы выражает признательность сотрудникам лаб. № 31 ИФП СО РАН: д.ф.-м.н. зав.лаб. № 31 Наталии Николаевне Рубцовой за постановку и помощь в решении задачк.т.н. в.н.с. Вениамину Гершевичу Гольдорту за изготовление источников электрических импульсовк.ф.-м.н. с.н.с. Евгению Борисовичу Хворостову за помощь на начальном этапе обработки данных. Автор признателен студентке 5 курса НГУ Елене Сергеевне Остапенко за участие в экспериментах по насыщенному поглощению.

Заключение

.

1. Летохов B.C., Чеботаев В. П. Принципы нелинейной лазерной спектроскопии. Москва: Наука, 1975. — 250 с.

2. Летохов B.C., Чеботаев В. П. Нелинейная лазерная спектроскопия сверхвысокого разрешения. Москва: Наука, физматлит, 1990. 520 с.

3. Раутиан С. Г., Смирнов Г. И., Шалагин A.M. Нелинейные резонансы в спектрах атомов и молекул. Новосибирск: Наука, 1979. 420 с.

4. Евсеев И. В., Рубцова H.H., Самарцев В. В. Когерентные переходные процессы в оптике. Москва: Физматлит, 2009. 524 с.

5. Елютин С. О., Захаров С. М., Маныкин Э. А. Теория формирования импульса фотонного (светового) эха // ЖЭТФ. 1979. — Т. 76, № 3. — С. 835−845.

6. Евсеев И. В., Решетов В. А. Исследование влияния формы возбуждающих импульсов на поляризационные свойства фотонного эха // Оптика и спктроскопия. 1982. — Т. 53, № 5. — С. 796−799.

7. Зуйков В. А., Самарцев В. В., Усманов Р. Г. Корреляция формы сигналов светового эха с формой возбуждающих импульсов // Письма в ЖЭТФ. -1980. -Т.32, № 4. С. 293−297.

8. Рубцова H.H. Исследование релаксации населенностей и диполъного момента при столкновениях молекул методами стационарной и нестационарной спектроскопии. Дисс. на соиск. степ. канд. физ. мат. наук. -Новосибирск, 1983. 148 с.

9. Василенко Л. С., Рубцова Н. Н. Фома сигналов фотонного эха в газе // Оптика и спектроскопия. 1985. Т. 59, вып. 1. — С. 52−56.

10. Carlson M.W., Babbitt W.R., Mossberg T.W. Storage and phase conjugation of light pulses using stimulated photon echoes // Optics Letters. 1983. — Vol. 8. — P. 623−625.

11. Евсеев И. В., Решетов B.A. Четырехуровневое стимулированное фотонное эхо // Оптика и спектроскопия. 1986. — Т. 61, № 5. — С. 1053−1057.

12. Fembach S., Proctor W. G. Spin-echo memory device // J.Appl.Phys. 1955. -Vol. 26,№ 2.-P. 170−181.

13. Anderson A.G., Garwin R.L., Hahn E.L. et al. Spin echo serial storage memory// J. Appl. Phys. 1955. — Vol. 26, № 11. — P. 1324−1338.

14. Петров М. П., Степанов С. И. Обработка информации в радиотехнических системах методом спинового эха // Обзор по электронной технике: Электроника СВЧ. -М.: ЦНИИ «Электроника». 1976. № 10(383). — С. 3−28.

15. Устинов В. Б. Квантовые устройства обработки сигналов. Л., ЛЭТИ, 1984. -59 с.

16. Барсуков B.C. Эхо-процессоры. Москва: Знание, 1987. — 64 с.

17. Kurnit N.A., Abella I.D., Hartman S.R. Observation of a photon echo // Phys.Rev.Lett. 1964. — Vol. 13. — P. 576−570.

18. Копвиллем У. Х., Нагибаров В. Р. Пирожков В.А. Исследование механизмов уширения резонансных линий в рубине методом светового эха // Письма в ЖЭТФ. 1974. — Т. 20, № 2. — С. 139−144.

19. Самарцев В. В., Усманов Р. Г., Хадыев И. Х. Световое эхо в CaW04: Nd3+ // Письма в ЖЭТФ. 1975. — Т. 22, № 1. — С. 32−36.

20. Елютин С. О., Захаров С. М., Маныкин Э. А. Восстановление формы ультракоротких оптических импульсов стимулированным фотонным эхом II Оптика и спектроскопия. 1982. — Т. 52, № 4. — С. 577−579.

21. Carlson N.W., Rothberg L.J., Yodth A.G. et al. Storage and time reversal of light pulses using photon echoes // Opt. Lett. 1983. — Vol. 8, № 9. — P. 483−485.

22. Mossberg T.W. Time domain frequency-selective optical used storage // Opt. Lett. 1982. — Vol. 7, № 12. — P. 77−79.

23. Carlson N.W., Babbitt W.R., Bai Y.S. Field-inhibited optical dephasing and shape locking of photon echoes // Opt. Lett. 1984. — Vol. 9, № 6. — P. 232−234.

24. T.W. Mossberg Pat. 4 459 682 US. Time domain data storage // Appl. 10.07.84.

25. Василенко JI.C. Когерентная бездоплеровская лазерная спектроскопия газовых сред: Диссертация на соискание ученой степени доктора физ.-мат.наук. Новосибирск, 1987. — 222 с.

26. Попов И. И., Бикбов И. С., Самарцев В. В. Особенности светового эха в парах молекулярного йода // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1989. — Т. 53, № 12. — С. 2334−2339.

27. Бибков И. С., Попов И. И., Самарцев В. В. Эффект ассоциативности светового (фотонного) эха // ЖПС. 1991. — Т. 54, № 4. — С. 535−537.

28. Новые физические принципы оптической обработки информации // Сборник статей под ред. Ахманова С. А. и Воронцова М. А. М.: Наука, 1990.-400 с.

29. Радченко А. Н. Ассоциативная память. Нейронные сети. Оптимизация нейропроцессоров. С.-Петербург: Наука, 1998. — 262 с.

30. Новое в синергетике: взгляд в третье тысячелетие // Сборник статей под ред. Малинецкого Г. Г. и Курдюмова С. П. М.: Наука, 2002. — 480 с.

31. Михайлов A.C. Аналоговая обработка информации распределенными системами. В кн.: Новые физические принципы оптической обработки информации (под ред. Ахманова С. А. и Воронцова М.А.). М.: Наука, 1990. -С. 34−82.

32. Имре Ш., Баланс Ф. Квантовые вычисления и связь: инженерный подход (пер. с англ. под ред. Самарцева В.В.). -М.: Физматлит, 2008. 320 с.

33. Moiseev S.A., Kroll S. Complete reconstruction of the quantum state of a singlephoton wave packet absorbed by Doppler-broadened transition // Phys. Rev. Lett. 2001. — V. 12.-P. 173 601−1.

34. Rostovtsev Y., Sariyianni Z., Scully M.O. Photon echo pulse shape storage // Laser Phys. 2002. — V. 12. — P. 1148−1154.

35. Моисеев С. А. Квантовая память на основе фотонного эха в трехуровневых оптически плотных газовых средах с Н-конфигурацией атомных переходов // Оптика и спектр. 2003. — Т. 94. — С. 847−852.

36. Patel C.K.N., Slusher R.E. Photon echoes’in gases // Phys. Rev. Lett. 1968. -Vol. 20.-P. 1087−1090.

37. Алимпиев C.C. Исследование эффектов когерентного взаимодействия импульного инфракрасного излучения с молекулярными газами // Труды ФИАН. 1976. — Т. 87. — С. 92 — 133.

38. Рубцова Н. Н. Фотонное эхо и некоторые его модификации в молекулярных газах. Дисс. на соск. степ. док. физ. мат. наук. Новосибирск, 1997.

39. Comaskey В., Scotti R.E., Shoemaker R.L. Optical coherent transient measurements of velocity-changing collision in SF6// Optics Lett. 1981. — Vol. 6, № 1. — P. 45−47.

40. Bai Y.S., Mossberg T.W., Lu N., and Berman P.R. Transient suppression of the Autler-Townes doublet // Phys. Rev. Lett. 1986. — Vol. 57, № 14. — P. 16 921 695.

41. Рутковский И. З., Федорук И. Г. Формирование сигналов эха последовательностью импульсов поляризующего магнитного поля // ЖПС. 1983. — Т. 38, № 5. — С. 859−862.

42. Brewer R.G. and Shoemaker R.L. Photo echo and optical nutation in molecules // Phys. Rev. Lett. 1971. — V. 27, № 10. — 631 p.

43. Рубцова H.H., Решетов В. А. Когерентный контроль оптических переходных процессов в газе // Письма в ЖЭТФ, 2008, — Т.87, вып. 6, — С. 326−330.

44. Бразовская Н. В., Бразовский В. Е. Гамильтониан двухуровневой молекулы в поле лазерного излучения // Вестник АлтГТУ им. И. И. Ползунова, 1999, № 2-С .119−126.

45. Foster К. L., Stenholm S., and Brewer Richard G. // Phys.Rev. A. 1974. — V. 10.-2318 p.

46. Berman P.R., Levy J.M., Brewer R.G. Coherent optical transient study of molecular collisions: Theory and observations // Phys. Rev. A. 1975. — V. 11, № 3.-1668 p.

47. Прохоров A.M. Физическая энциклопедия. T.5. M.: Науч. издат. «Большая Российская энциклопедия». 1998. — С. 354−355.

48. Rubtsova N.N., Reshetov V.A., and Khvorostov E.B., Coherent transients at dressed levels // Laser Physics. 2006. — V. 16. №. 4. — P. 543−550.

49. Jetter H., Pearson E.F., Norris C.L., McGurk J.C., Flygare, W. H. // J.Chem.Phys. 1973. — V. 59. — 1796 p.

50. Справочник по лазерам. Ред. M. Прохоров. Т.1. Москва. Советское радио. -1978.-119 с.

51. Schmidt J., Berman P.R. and Brewer R.G. Coherent transient study of velocity-changing collisions И Phys. Rev. Lett. -1973. V. 31. №. 18. -1103 p.

52. Cacciani P., Cosleou J., Herlemont F., Khelkhal M., and Lecointre J. Nuclear spin conversion in gaseous phase in the presence of a static electric field // Phys. Rev. A. 2004. — 69. — 32 704−1 p.

53. Cacciani Patrice, Cosleou Jean, Herlemont Francois, Khelkhal Mohamed, Boulet Christian, Hartmann Jean-Michel The role of relaxation in the nuclear spin conversion process // Journal of Molecular Structure. 780−781. — 2006. — P. 277−282.

54. Chapovsky P.L. Ortho-para conversion in CH3 °F: self-consistent theoretical model // Appl. Magn. Reson. 2000. — 18. — P. 363 — 374.

55. Nagels В., Schuurman M., Chapovsky P. L., and Hermans L. J. F. Nuclear spin conversion in molecules: Experiments on 13CH3 °F support a mixing-of-states model // Phys. Rev. A. 1996. — V. 54, №. 3. — 2050 p.

56. Василенко JI.C., Рубцова H.H. Фома сигналов фотонного эха в газе // Оптика и спектроскопия. 1985. — Т. 59, вып. 1. — С. 52−56.

57. Rubtsova N.N., Ledovskikh D.V., Reshetov V.A. Collision relaxation in 13CH3 °F with buffers // Laser Physics Letters. 2010. — Vol. 7, № 10, — P. 734−738.

58. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М.: Изд. ин. лит., 1961.

59. Hoogeveen R. W. М., G. J. van der Meer, Hermans L. J. F., Chapovsky P. L. Intermolecular potential for vibrationally excited CH3 °F measured by light-induced drift // J. Chern. Phys. 1 June 1989, — V. 90, № 11, — P. 6143−6145.06 ' ^.

60. Rohart Francois, Mader Heinnch, and Nicolaisen Hans-Werner Speed dependence of rotational relaxation induced by foreign gas collisions: Studies on CH3 °F by millimeter wave coherent transients // J. Chern. Phys. 1994, — V. 101. №. 8.-6475 p.

61. Кочанов В. П., Раутиан С. Г., Шалагин A.M. «Уширение нелинейных резонансов вследствие столкновений с изменением скорости», ЖЭТФ. -1977. Т.72, вып.4. — С. 1358−1374.

62. Раутиан С. Г., Шалагин А. М. Эффекты насыщения для долгоживущих систем в пространственно ограниченных полях // ЖЭТФ. 1970. — Т. 58, вып. 3. С. 962−974.

63. G.J. van der Meer, Hoogeveen R.W.M., Hermans L.J.F., Chapovsky P.L. Light-induced drift of CH3 °F in noble gases // Phys. Rev. A. 1989. — V. 39. №. 10. -5237 p.