Spektroskopia w fali zanikającej

Spektroskopia w fali zanikającej
Osłabione całkowite wewnętrzne odbicie (ATR), spektroskopia w fali zanikającej [2-6]
Rozważmy przypadek, gdy ośrodek o mniejszym współczynniku załamania jest ośrodkiem
absorpcyjnym (może to być np. gaz atomowy lub molekularny). Biorąc pod uwagę niezerową
składową urojoną współczynnika załamania n 2 , otrzymujemy z równań Fresnela (2) , że
współczynnik odbicia dla całkowitego wewnętrznego odbicia jest mniejszy od jedności. Jest to
zjawisko tzw. osłabionego całkowitego wewnętrznego odbicia (z ang.: ATR). Całkowite
wewnętrzne odbicie od ośrodka rezonansowego jest zatem związane z absorpcją fali
zanikającej. Więcej informacji oraz opis matematyczny można znaleźć
tutaj
w rozdziale 1.3 oraz w
opisie eksperymentu rubidowego
.
Ponieważ głębokość wnikania jest dla tej fali rzędu kilkuset nanometrów (dla zakresu
widzialnego), zjawisko ATR może być użyte w spektroskopii atomów lub molekuł w pobliżu
powierzchni dielektryka oraz w badaniu zjawisk powierzchniowych. Oddziaływanie pomiędzy
cząstkami ośrodka gazowego a powierzchnią zmienia ich stan kwantowy, polaryzację oraz
rozkład prędkości. Odpowiedź optyczna cząstek w pobliżu powierzchni jest zatem inna niż dla
cząstek wewnątrz objętości gazu.
Spektroskopia w fali zanikającej metodą osłabionego całkowitego wewnętrznego odbicia
została wykorzystana w badaniu stanu polaryzacji fali zanikającej w eksperymencie rubidowym
.
Przykładowa literatura
[2] P. Boissel, F. Kerherve, Opt. Commun. 37, 397 (1981)
[3] P. Simoneau, S. Le Boiteaux, Cid B. De Araujo, D. Bloch, J.R. Rios Leite, M. Ducloy, Opt.
Commun. 59, 103 (1986)
[4] D. Suter, J. Äbersold, J. Mlynek, Opt. Commun. 84, 269 (1991)
[5] T. Matsudo, H. Hori, T. Inoue, H. Iwata, Y. Inoue, T. Sakurai, Phys. Rev. A 55, 2406 (1997)
1/3
Spektroskopia w fali zanikającej
[6] V.G. Bordo, J. Loerke, H.-G. Rubahn, Phys. Rev. Lett. 86, 1490 (2001)
Optogalwaniczna spektroskopia w fali zanikającej [7,8]
Oprócz typowej spektroskopii absorpcyjnej w fali zanikającej można przeprowadzić też tak
zwaną spektroskopię optogalwaniczną. Do jej przeprowadzenia konieczne jest wzbudzenie
wyładowania w badanym gazie i oświetlenie go promieniowaniem rezonansowym. W
szczególności może to być fala zanikająca.
Gdy wyładowanie w gazie jest oświetlone promieniowaniem rezonansowym z atomowym lub
molekularnym przejściem optycznym w składnikach gazu, obserwuje się wzrost lub spadek
konduktancji wyładowania. Zjawisko to jest znane pod nazwą efektu optogalwanicznego. Efekt
ten stanowi podstawę wygodnej i czułej techniki badania populacji cząstek w stanach
wzbudzonych.
Zmiana konduktancji wyładowania ma swoje źródło w zmianie liczby ładunków (elektronów i
jonów) tworzących wyładowanie oraz ze zmiany temperatury elektronów swobodnych.
Oddziaływanie pomiędzy atomem i światłem rezonansowym prowadzi do zmiany populacji
obydwu poziomów biorących udział w przejściu optycznym. Zmiany populacji prowadzą z kolei
do zmiany liczby ładunków, ze względu na różnicę pomiędzy przekrojami czynnymi σ 1 na
zderzenia z elektronami dla tych stanów.
W naszych eksperymentach przeprowadzano spektroskopię w fali zanikającej z użyciem efektu
optogalwanicznego w celu zaobserwowania rezonansów pochodzących od atomów
znajdujących się blisko powierzchni dielektryka.
2/3
Spektroskopia w fali zanikającej
kład eksperymentalny
do przeprowadzania
spektroskopii
wodbicie
fali
zanikającej
zWyindukowane
użyciem
efektu
optogalwanicznego
plazmą
promieniowaniem
zmianom
przez
oporniku
sygnału
wiązki
Generator
laserowej.
generator.
wdo
R
w
parach
przebiegów
włączonym
szumu,
reżimie
Ar
Sygnał
lasera
zastosowano
pracy
poprzez
szeregowo
o zmiany
optogalwaniczny
częstotliwości
generatora,
paręw
technikę
płaskich
w
impedancji
obwód
aradiowej
mającym
detekcji
był
elektrod
zasilania
mierzony
plazmy
(20
fazoczułej
zewnętrznych.
MHz)
generatora.
były
poprzez
wbył
mierzone
natężeniu
(lock-in),
sprzężony
rejestrowanie
Aby
dzięki
prądu
modulując
polepszyć
pojemnościowo
odpowiadającym
pobieranego
napięcia
stosunek
amplitudę
naz im
5. Szczegóły
budowy
komórki
zJózefowski,
parami
(Ar)
–4p[5/2]
pryzmat
i komórka
szklana
oraz
elektrody
wyładowcze
Użyto
przejścia
4s[3/2]
-->
argonu
wynosiło
0,9 Tr
w(metastabilny)
temperaturze
pokojowej.
wzostała
argonie.
Ciśnienie
par
Spektroskopia
badaniach
stanu
wN.
fali
polaryzacji
zanikającej
faliargonu
zanikającej,
metodą
efektu
opisanych
optogalwanicznego
przez
nas użyta
w
tutaj62,
2
. nm)
2 (λ=801,6
Literatura
[7]
Kiersnowski,
L.
T. Dohnalik,
Opt.
Commun.
150
, 106
(1998)
[8] K.
B.
Barbieri,
Beverini,
and
A.
Sasso,
Rev.
Mod.
Phys.
603
(1990)
3/3