Лазерные методы детектирования веществ

на начальном энергетическом уровне Ei. В результате
столкновения появляется фотон

Лазерные методы детектирования веществ
Спектроскопия комбинационного рассеяния

Разность энергий Ei-Ef=h(ωi-wf) может быть энергией колебательного,
вращательного или электронного возбуждения молекулы

С квантовой точки зрения при акте КР происходит одновременно два
процесса: возбуждение молекулы с поглощением падающего фотона и
одновременное излучение фотона

с одного-колебательно-
вращательного уровня на другой в результате взаимодействия молекулы
с

КР - двухквантовый процесс, и обусловлено изменением поляризуемости
молекулы – способностью молекулы приобретать под действием внешнего
поля наведенный (индуцированный внешним полем) дипольный момент

падающего света.
Этот член обусловливает обычное рэлеевское рассеяние
-

- антистоксовая линия КР

С точки зрения классической электродинамики каждая система,
дипольный момент которой меняется, излучает электромагнитную
энергию с частотой изменения этого дипольного момента

Если в системе под действием падающей электромагнитной волны возникает
переменный дипольный момент, то за счет него происходит излучение
электромагнитной энергии

(б), антистоксово КР (в)

сильно
отличается от расстояния между двумя
ближайшими электронными уровнями
Резонансное

Энергия кванта приблизительно
соответствует энергии, необходимой для
перевода молекул из одного электронного
состояния в другое

Вынужденное КР

Наблюдается при воздействии на
систему мощным лазерным излучением

лет является мощным способом
исследования молекул, в том числе и

Лазеры не только значительно увеличили чувствительность
спектроскопии спонтанного КР, но в еще большей степени стимулировали
развитие новых спектроскопических методов, основанных на
вынужденном КР, таких, как когерентное антистоксово рассеяние света

Эффективные сечения спонтанного КР очень малы, их характерный
порядок величины 10-30 см2

Достижимое отношение сигнала к шуму зависит как от интенсивности
накачки, так и от чувствительности приемника

Интенсивность света можно значительно увеличить, используя
многоходовые кюветы, внутрирезонаторные методы либо то и другое
в комбинации

через
образец света или одним из многочисленных косвенных методов
Для

Использование перестраиваемых лазеров в качестве источников излучения
позволяет обойтись без щелевых диафрагм и дифракционных решеток

Коэффициент поглощения примеси с концентрацией ni определяется с
помощью следующего выражения:

сечение поглощения

Для определения концентрации исследуемого газа (атомарного либо
молекулярного) используется измерение полного ослабления лазерного
пучка на известном расстоянии L

поглощение конкретной примеси,
необходимо подобрать частоту лазера таким образом, чтобы

Если из-за переналожения полос поглощения различных молекул это
невозможно, следует проводить измерения на нескольких частотах

Коэффициент поглощения и концентрацию детектируемой примеси
можно определить путем измерения величины:

Соответствует различию в ослаблении лазерного пучка в максимуме
поглощения и на частоте, сдвинутой на величину Δω

апертура приемника
расстояние до зондируемого объекта
длительность импульса
прозрачность атмосферы

прозрачность атмосферы для обратного
сигнала на его частоте

частота источника

частота обратного
сигнала

объемный коэффициент рассеяния излучения из зондируемого объема
в единичный телесный угол

Уравнение лидара для мощности обратного сигнала P:

телесный угол
число рассеивающих частиц в
единице зондируемого объема
При

полное эффективное сечение
резонансной флуоресценции

телесный угол

число рассеивающих частиц в
единице зондируемого объема