Spektroskopia w fali zanikającej
Transkrypt
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