Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по физике

На правах рукописи

АХМЕДЖАНОВ Ринат Абдулхаевич

Внутрирезонаторная и квантово-интерференционная лазерная спектроскопия газовых и конденсированных сред

01.04.21 - лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Нижний Новгород - 2010

Работа выполнена в Институте прикладной физики Российской академии наук (г. Нижний Новгород)

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН Кочаровский Владимир Владиленович доктор физико-математических наук, профессор Малакян Юрий Паруйрович доктор физико-математических наук, профессор Желтиков Алексей Михайлович

Ведущая организация: Учреждение Российской Академии наук, Казанский физико-технический институт им.

Е.К. Завойского Казанского научного центра РАН

Защита состоится л 2010 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 002.069.02 в Институте прикладной физики РАН по адресу: 603950 г. Нижний Новгород, ГСП-120, ул. Ульянова, д.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной физики РАН

Автореферат разослан л 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, профессор Ю. В. Чугунов

Общая характеристика работы

Актуальность исследований Появление лазеров с перестраиваемой частотой излучения открыло по существу новую область исследований - лазерную спектроскопию. В результате был развит ряд принципиально новых и эффективных методов, одним из которых является внутрирезонаторная лазерная спектроскопия (ВРЛС) [1]. Среди методов абсорбционного спектрального анализа внутрирезонаторная лазерная спектроскопия по чувствительности, быстродействию, универсальности не имеет себе равных. Высокая чувствительность ВРЛ-спектрометров позволяет регистрировать чрезвычайно слабые линии поглощения, обусловленные либо малым сечением поглощения соответствующих переходов, либо небольшой концентрацией исследуемых веществ в различных агрегатных состояниях [2]. Несмотря на очевидную эффективность и перспективность селективной ВРЛС для решения разнообразных спектроскопических задач, ранее она довольно ограниченно входила в арсенал методов и средств, применявшихся для диагностики плазмы. Вместе с тем ряд важных вопросов физики плазмы, особенно нестационарной, мог найти решение только на основе использования преимуществ ВРЛС. Поэтому развитие методов внутрирезонаторной лазерной спектроскопии для целей диагностики параметров плазменных сред и изучения процессов, происходящих в них, представляется актуальной и важной задачей.

Новые возможности использования перестраиваемых лазеров открылись при исследовании резонансного взаимодействия многоуровневых квантовых систем с многочастотным лазерным излучением. Физические процессы в этих системах весьма богаты; многие из замечательных их свойств связаны с интерференцией между различными каналами возбуждения при взаимодействии с когерентными электромагнитными полями. Начало изучению интерференционных эффектов положили работы Вуда, Эллета и Ханле [3, 4], обнаруживших деполяризацию резонансной флуоресценции во внешнем магнитном поле. В настоящее время хорошо известны такие интерференционные эффекты, как квантовые биения [5], автоионизационные резонансы Фано [6] и другие [7]. В последние годы пристальное внимание исследователей привлекают два новых интерференционных эффекта, во многом родственных друг другу - электромагнитно индуцированная прозрачность (ЭИП) и когерентное пленение населенности (КПН). Они интенсивно изучаются в связи с многочисленными приложениями: безынверсное усиление и генерация [8], управление групповой скоростью оптического импульса [9], квантовая оптическая память и квантовые вычисления [10], эффективное нелинейное взаимодействие при низких интенсивностях излучения [11] и др. Весьма перспективными являются исследования эффектов КПН и ЭИП в газе возбужденных атомов в связи с возможностью разработки новых методов диагностики плазмы [12], поскольку переходы из основного состояния чаще всего лежат в недоступной для современных лазеров области. Такие методы по сути своей являются неконтактными, а при наблюдении флуоресценции - и локальными. Многообещающими (в плане продвижения от стадии физических демонстраций к высоким технологиям) представляются исследования эффектов КПН и ЭИП в твердотельных образцах, обладающих по сравнению с газовыми средами такими преимуществами, как высокая плотность активных частиц, отсутствие тепловой диффузии, компактность и т.п. В последнее время ведутся активные исследования электромагнитно индуцированной прозрачности и когерентного пленения населенности в режиме, когда управляющим является радиочастотное или микроволновое излучение. Интерес к подобным исследованиям связан, в первую очередь, с тем, что радиочастотное управление ядерными переходами рассматривается как один из возможных способов реализации указанных эффектов квантовой интерференции в гамма-диапазоне для мессбауэровских переходов [13].

Появление перестраиваемых лазеров определило появление совершенно новых методов исследования кристаллов, активированных ионами редкоземельных элементов и металлов переходных групп. Несмотря на богатую историю исследования примесных центров в кристаллах, и в настоящее время остаются открытыми многие вопросы, касающиеся микроскопического устройства центра активации - системы "примесный ион + лиганды" (лиганды - ближайшие к примесному центру ионы, расположенные в анионных узлах кристаллической решетки). Даже такая усеченная система достаточно непроста и в ней существует сложная иерархия взаимодействий. Еще более сложной становится картина при повышении концентрации примесных ионов. Между ними возникает взаимодействие, приводящее к уширению и рассщеплению спектральных линий, тушению флуоресценции и миграции электронного возбуждения [14]. Тесная взаимосвязь между свойствами электронных переходов в атомах и ионах с составом, структурой и деформациями их ближайших координационных сфер определяет широкие возможности спектроскопии (особенно лазерной) для исследования кристаллов, активированных ионами редкоземельных металлов с целью создания лазерных кристаллов с заданными параметрами, новых типов лазеров [15], передачи, хранения и обработки информации [16].

Даже этот, далеко не полный круг спектроскопических задач, связанных с использованием резонансного лазерного излучения, наглядно демонстрирует актуальность темы диссертационной работы, необходимость дальнейшего развития внутрирезонаторных и квантово-интерференционных методов для решения различных задач лазерной диагностики и выяснения спектральных свойств тех или иных сред.

Цель и задачи диссертационной работы Целью диссертационной работы является развитие существующих и разработка новых методов использования резонансного лазерного излучения для спектроскопии твердых, газовых, плазменных сред.

Ключевыми задачами, решаемыми в настоящей работе и раскрывающими неиспользованные ранее возможности лазерной спектроскопии, являются:

- развитие методов внутрирезонаторной лазерной спектроскопии для целей диагностики параметров газообразных (в том числе плазменных) сред и изучения процессов, происходящих в них;

- исследование квантово-интерференционных явлений в вырожденных системах при воздействии бихроматического оптического или оптического и радиочастотного полей на газ возбужденных атомов; анализ перспектив использования интерференционных явлений для диагностики плазмы;

- изучение нелинейного резонансного эффекта Фарадея в условиях когерентного пленения населенности, влияния на него поперечных магнитных полей и оптической откачки населенности с рабочих уровней;

- исследование режимов электромагнитно индуцированной прозрачности и когерентного пленения населенности в оптических кристаллах, активированных ионами редкоземельных металлов; использование интерференционных явлений для измерения структуры уровней, скрытых неоднородным уширением.

Научная новизна 1. Продемонстрирована возможность эффективного использования ВРЛС для измерения различных параметров газовых и плазменных сред (изотопного состава, степени колебательно-поступательной неравновесности, концентраций нейтральных и заряженных частиц и т.д.).

2. Впервые методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии выявлены особенности спектров поглощения водородной плазмы в поле интенсивной электромагнитной волны: тонкая структура сателлитов линий поглощения, значительная их асимметрия, сдвиг относительно невозмущенной линии поглощения, дано объяснение наблюдаемых особенностей.

3. Впервые метод внутрирезонаторной лазерной спектроскопии применен для диагностики плазмы на крупномасштабных установках.

4. Разработан и экспериментально апробован новый бесконтактный метод измерения величины и направления магнитного поля в плазме, показана возможность использования эффекта когерентного пленения населенности для измерения профиля запаса устойчивости в тороидальной термоядерной плазме.

5. Экспериментально продемонстрирована возможность возникновения прозрачности для резонансного лазерного излучения в оптически плотной среде возбужденных атомов под действием радиочастотного электромагнитного поля.

6. Впервые экспериментально исследовано изменение параметров нелинейного резонансного эффекта Фарадея в присутствии поперечных магнитных полей и оптической откачки населенности с рабочих уровней, а также найдена возможность компенсации отрицательного влияния последней.

7. Впервые реализованы режимы электромагнитно индуцированной прозрачности при оптическом возбуждении когерентности в сверхтонкой структуре ионов Pr3+ и в зеемановской структуре ионов Nd3+ в кристалле LaF3.

8. Исследованы механизмы парного взаимодействия ионов Nd3+ в кристалле LaF3, впервые методами спектроскопии высокого разрешения выявлена сложная структура сателлитных линий, скрытая неоднородным уширением.

9. Предложены и экспериментально апробованы новые методы измерения однородной ширины линии и повышения чувствительности внутрирезонаторных интерферометров.

Основные положения, выносимые на защиту На защиту выносятся следующие положения, получившие экспериментальное подтверждение и теоретическое объяснение. Положения собраны в пять тематических групп: 1) обоснование перспективности применения внутрирезонаторной лазерной спектроскопии для измерения параметров газообразных и плазменных сред, 2) исследования эффектов когерентного пленения населенности и электромагнитно индуцированной прозрачности в газе возбужденных атомов, 3) исследования нелинейного резонансного эффекта Фарадея в условиях когерентного пленения населенности, 4) исследования режимов электромагнитно индуцированной прозрачности и когерентного пленения населенности в оптических кристаллах, активированных ионами редкоземельных металлов, 5) разработка новых схем измерений, позволяющих существенно расширить возможности спектроскопических методов.

1) Перспективность приложения внутрирезонаторной лазерной спектроскопии для диагностики параметров газообразных (в том числе плазменных) сред определяется высокими чувствительностью и спектральным разрешением, а также широкой полосой обзора, присущими этому методу, и позволяют успешно применять его:

- для диагностики плазмы (измерение колебательно-поступательной неравновесности, спектра осциллирующих электрических полей, концентрации поглощающих частиц, частоты ионизации и т.д.), в том числе, на крупномасштабных установках, - для определения изотопного состава газа, - для исследования эффективности использования импульсного коронного разряда с целью удаления двуокиси серы из атмосферы, - для увеличения угла поворота плоскости поляризации света оптически активным веществом при использовании лазеров вплоть до микросекундной длительности импульса генерации.

2) Степень подавления резонансной флуоресценции при когерентном пленении населенности под действием двухчастотного лазерного излучения в среде возбужденных атомов и ионов с зеемановски расщепленными уровнями в существенной мере зависит от ориентации магнитного поля относительно лазерного пучка, что позволяет проводить бесконтактные измерения локальных значений величины и направления магнитного поля.

Оптически плотная среда возбужденных атомов при определенных условиях становится прозрачной для резонансного лазерного излучения под действием радиочастотного электромагнитного поля (эффект радиочастотно индуцированной прозрачности).

В условиях радиочастотного резонанса на зеемановских подуровнях возбужденных атомов в результате квантовой интерференции происходит перераспределение интенсивности поляризационных каналов рассеяния резонансного оптического излучения.

3) В условиях когерентного пленения населенности имеет место линейная зависимость магнитного поля в точке смены знака нелинейного эффекта Фарадея от амплитуды поля световой волны.

Поперечные магнитные поля, превышающие значения продольного магнитного поля в точке максимума угла поворота при отсутствии поперечного поля, существенно влияют на угол поворота плоскости поляризации.

Возможно увеличение чувствительности и расширение динамического диапазона измеримых магнитных полей за счет предотвращения ухода населенности с рабочих уровней с помощью вспомогательного излучения.

4) Существует режим электромагнитно индуцированной прозрачности за счет оптического возбуждения когерентности между сверхтонкими уровнями ионов Pr3+ и зеемановскими подуровнями ионов Nd3+ в кристалле LaF3.

Механизмы появления сателлитных линий, сопровождающих линию изолированных ионов Nd3+, связаны с обменным взаимодействием ионов Nd3+, образующих пары.

Сателлитные линии обладают сложной структурой, скрытой неоднородным уширением.

5) Преобразование спектрального сдвига интерференционных полос в изменение интенсивности генерации лазера позволяет увеличить чувствительность внутрирезонаторного интерферометра на 3-4 порядка по сравнению с традиционной двухлучевой интерферометрией.

Применение лазерного излучения с ширинами спектра больше и меньше однородной ширины линии позволяет осуществить новый метод измерения последней.

Практическая ценность диссертации В работе развиты и продемонстрированы широкие возможности использования внутрирезонаторной лазерной спектроскопии для диагностики ряда параметров плазмы (степени колебательно-поступательной неравновесности, концентрации частиц в основном состоянии, спектра осциллирующих полей), определения изотопного состава газа, исследования эффективности использования импульсного коронного разряда с целью удаления двуокиси серы, увеличения угла поворота плоскости поляризации оптически активным веществом при использовании лазеров вплоть до микросекундной длительности генерирующих импульсов. Эти результаты важны при разработке практических приложений низкотемпературной плазмы и контроля их эффективности.

Результаты исследований квантово-интерференционных эффектов в среде возбужденных атомов с энергетическими уровнями, формируемыми при снятии вырождения в магнитном поле, представляются важными для оптических измерений профиля коэффициента запаса устойчивости в тороидальной плазме, поиска новых схем эффективной генерации без инверсии населенностей активной среды, реализации эффектов квантовой интерференции в гамма-диапазоне для мессбауэровских переходов. В отличие от многих работ, направленных на создание максимально чувствительных магнитометров с лазерной регистрацией фарадеевского вращения в условиях когерентного пленения населенности, в диссертации рассмотрены вопросы практического применения (определение влияния поперечного поля, восполнение потери рабочих частиц) более грубых магнитометров и расширения диапазона измеряемых полей, сравнимых с земным или больших его.

Результаты последней главы демонстрируют широкие возможности двойного оптического резонанса (в том числе эффектов когерентного пленения населенности и электромагнитно индуцированной прозрачности) для исследования структуры уровней, скрытых неоднородным уширением, выяснения механизмов взаимодействия между ионами, что является важным для создания новых типов кристаллов с заданными параметрами, разработки твердотельных лазеров на кооперативных эффектах, хранения, передачи и обработки оптической информации, построения квантовых компьютеров.

Апробация результатов Данная диссертационная работа выполнена в Институте прикладной физики РАН (г.Нижний Новгород). В общей сложности по теме диссертации опубликовано 25 статей в ведущих российских и зарубежных журналах, докладов в трудах отечественных и международных конференций, издано препринта, получено 3 авторских свидетельства и 1 патент.

Основные результаты диссертации докладывались на Международных конференциях по когерентной и нелинейной оптике (Москва, 1985; СанктПетербург, 2005), Международной конференции по пучкам высокоэнергичных частиц (Новосибирск, 1990), Международной конференции по явлениям в ионизованных газах (Пиза, 1991), Международной конференции по фундаментальным проблемам оптики (Санкт-Петербург, 2005), Международной конференции по ионным источникам (Дубна, 2003), Международных чтениях по квантовой оптике (Санкт-Петербург, 2003), Международной конференции "Рубежи нелинейной физики" (Нижний Новгород, 2004, 2007), Европейской конференции по лазерам и электрооптике (Мюнхен, 2005), Международной конференции по когерентному контролю фундаментальных процессов в оптическом и рентгеновском диапазонах (Нижний Новгород, 2006), Международном совещании по мощному излучению в плазме (Нижний Новгород, 1993), Международном совещании по физике лазеров (Трондхейм, 2008; Барселона, 2009), Всесоюзных конференциях по генераторам низкотемпературной плазмы (Фрунзе, 1983) и по физике электронных и атомных столкновений (Чебоксары, 1991), Всесоюзных совещаниях по диагностике высокотемпературной плазмы (Дубна, 1983), по квантовой метрологии и фундаментальным физическим константам (Ленинград, 1985) и по нелинейным и когерентным эффектам в ВРЛС (Ленинград, 1991), на Всесоюзном симпозиуме по плазмохимии (Днепропетровск, 1984).

ичный вклад соискателя Все изложенные в диссертации оригинальные результаты получены при непосредственном и активном участии автора на всех стадиях работы (постановка задачи, разработка методов измерений, проведение экспериментов, анализ и обсуждение полученных данных), а значительная их часть и под его научным руководством.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения и изложена на 261 листе, включая 89 рисунков, 2 таблицы и список цитируемой литературы из 245 наименований.

Краткое содержание диссертации Во Введении обоснована актуальность работы. Подробно рассмотрены достоинства и недостатки метода внутрирезонаторной лазерной спектроскопии, широкие возможности которой в спектроскопии газовых (в том числе плазменных) сред продемонстрированы в первой главе. Введено понятие "качества"спектроскопического метода, на основе которого проведен сравнительный анализ методов внутрирезонаторной лазерной спектроскопии и резонансной флуоресценции. Дана краткая характеристика явлений электромагнитно индуцированной прозрачности и когерентного пленения населенности, обсуждены возможности их применения для диагностики плазмы, магнитометрии, спектроскопии конденсированных сред. Кратко по главам изложено содержание диссертации.

В первой главе представлены результаты экспериментального исследования газообразных (в том числе плазменных) сред методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии.

П.1.2 посвящен исследованию неравновесной молекулярной плазмы.

Известно, что использование метода относительных интенсивностей вращательных линий электронно-колебательной полосы молекулярного спектра для измерения газовой температуры возможно лишь в том случае, если распределение молекул по вращательным уровням является больцмановским с вращательной температурой, равной температуре газа. Однако равновесие часто нарушается при наличии интенсивного источника накачки или разрушения какой-либо группы вращательных уровней. С не меньшими трудностями связано и измерение температуры заселения колебательных степеней свободы по относительным интенсивностям электронно-колебательных полос, которая является одним из важнейших параметров, характеризующих молекулярную среду в условиях сильной колебательно-поступательной неравновесности. Идея измерения степени колебательно-поступательной неравновесности заключается в следующем. Атомы щелочных металлов обладают большими сечениями взаимодействия с колебательновозбужденными молекулами, в то время как релаксация колебаний молекул на атомах инертных газов мала. Таким образом, поступательная температура атомов щелочных металлов должна "отслеживать" величину колебательной температуры, а атомов инертных газов - газовой.

Для определения возможности использования малых диагностических добавок с целью измерения колебательно-поступательной неравновесности исследовался импульсный тлеющий разряд в азоте с небольшими диагностическими добавками атомов натрия, лития, цезия, неона и водорода. Измерения ширины линий поглощения осуществлялись методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии. Одновременно с измерениями методом ВРЛС проводились измерения колебательной и вращательной температур по спектрам излучения второй положительной системы азота. Анализ полученных результатов позволил сделать следующие выводы. 1) Поступательная температура атомов неона и водорода остается постоянной в течение разрядного импульса и составляет 40060 К. Примерно такова же величина вращательной температуры, измеренной по спектрам излучения второй положительной системы азота. Это свидетельствует о возможности измерения газовой температуры по доплеровским ширинам линий поглощения этих атомов (по-видимому, и других атомов, столкновения с которыми не приводят к дезактивации колебательно-возбужденных молекул). 2) Наблюдается значительное уширение линий поглощения щелочных атомов, связанное, по всей вероятности, с высокой эффективностью процессов тушения колебательных состояний молекул при их столкновениях с этими атомами.

Подчеркнем также тот факт, что поступательная температура атомов щелочных металлов "отслеживает" величину колебательной температуры.

Проведен анализ распределения атомов добавок по поступательной энергии на основе уравнений баланса энергии и импульса и уравнения диффузии в энергетическом пространстве. Получено соотношение, связывающее температуру атомов щелочных металлов с колебательной температурой молекул. Зависимости от времени температуры, измеренной по относительной заселенности колебательных уровней состояния С3Пu (сплошная линия) и температуры, определенной по доплеровской ширине линии поглощения атомов Na (пунктирная линия) представлены на рис.1. На основе Рис. 1. Зависимость колебательной температуры молекул азота от времени, измеренная: Ч по доплеровской ширине линии поглощения атомов натрия, + Ч по относительной заселенности колебательных уровней состояния C3u полученных результатов сделан вывод о том, что передача энергии колебательно-возбужденных молекул в поступательные степени свободы атомов щелочных металлов происходит без активационного барьера с сечениями порядка газокинетических.

В п.1.3 обсуждается возможность использования высокочувствительных методов внутрирезонаторной лазерной спектроскопии для расширения диапазона интерферометрических измерений концентрации атомов, молекул и свободных электронов. Интерферометрические измерения привлекают устойчивое внимание исследователей, однако в наиболее удобном для работы оптическом диапазоне из-за малой рефракции двулучевые интерферометры, создающие интерференционные картины со светлыми и темными полосами равной ширины, обладают низкой чувствительностью из-за трудностей с регистрацией малых сдвигов. Работа вблизи линий поглощения, где рефракция значительно возрастает, повышает чувствительность интерферометров, но требует априорных данных о форме и ширине спектральных линий. Внутрирезонаторный вариант интерферометра дает возможность существенно сузить светлые полосы, но не избавляет от необходимости измерения малых сдвигов интерференционных полос.

Ключевой идеей увеличения чувствительности интерферометров является "перевод" спектрального сдвига интерференционных полос в изменение интенсивности генерации лазера в определенных спектральных интервалах, что благодаря высокой чувствительности ВРЛС к внесенным в резонатор потерям позволяет существенно увеличить чувствительность интерферометра. Этого можно достичь, например, введением в резонатор Майкельсона дополнительного оптического элемента с периодически меняющимся (с периодом 2) в зависимости от длины волны коэффициентом пропускания. Систему зеркал, образующих резонатор Майкельсона, можно рассматривать как единое зеркало с коэффициентом отражения R1, также периодически меняющимся от длины волны с периодом 1, определяемым разностью оптических длин плеч резонатора. Если период пропускания резонатора Майкельсона 1 совпадает с 2, то введение в одно из плеч рефрагирующего элемента приводит не только к изменению 1, но и к спектральному сдвигу максимума пропускания R1 от "области прозрачности", определяемой дополнительным оптическим элементом, и, соответственно, изменению селективных потерь в окрестности линии поглощения. Приведены результаты экспериментальной проверки предложенной методики.

Использовался лазер на красителе с резонатором Майкельсона. В качестве элемента с периодически меняющимся коэффициентом пропускания использовался интерференционно-поляризационный фильтр.

Измерялась концентрация атомов натрия в трубке, помещенной в термостат. На рис. 2 приведен спектр генерации лазера в окрестности D-дубРис. 2. Спектр генерации лазера в окрестности D-дублета натрия. Прямые линии указывают положение линий D1 и Dлета. Измеренные значения концентрации атомов натрия не более чем на 10 % отличаются от концентрации, определяемой температурой термостата.

Оценки показывают, что предложенная методика позволяет увеличить чувствительность на 3-4 порядка (при длительности импульса генерации мс) по сравнению с традиционной двухлучевой интерферометрией. Предложен также вариант внутрирезонаторного интерферометра для измерения неселективных фазовых сдвигов, вызываемых свободными электронами.

П. 1.4 посвящен детальным измерениям особенностей спектра водородных и дейтериевых атомов (переходы n=2n=3,4) при воздействии интенсивного СВЧ излучения методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии. В качестве источника СВЧ излучения использовался гиротрон с выходной мощностью 200 кВт в импульсе длительностью 200 мкс на частоте =38,5 ГГц. Плазма создавалась в отпаянных стеклянных трубках в смеси водорода и дейтерия с отношением парциальных давлений от 5 до 50. В ходе экспериментов в широкополосном лазерном спектре зарегистрированы две дополнительные пары областей поглощения, возникающих в присутствии СВЧ поля и отстоящих от невозмущенной линии на частоты - и -2 (стоксовы сателлиты) и и 2 (антистоксовы сателлиты). Эксперименты показали, что в наших условиях, когда частота СВЧ волны значительно превышает частоту переходов между подуровнями тонкой структуры как верхнего, так и нижнего уровней, профиль центральной линии не зависит от напряженности электрического поля. Во всех случаях отчетливо наблюдается тонкая структура сателлитов, характерный масштаб которой примерно совпадает с масштабом тонкой структуры уровня с главным квантовым числом n=2.

Стоксов и антистоксов сателлиты линии Н имеют примерно одинаковую форму и симметрично расположены относительно невозмущенной линии.

Совершенно иная картина наблюдается в области спектра вблизи линии Н. Расстояния между соответствующими стоксовыми и антистоксовыми сателлитами также совпадают с 2 и 4, однако вся спектральная картина сдвинута относительно центра линии однофотонного поглощения в "красную" сторону на (62)10-2 см-1. Всегда наблюдается значительное различие форм профилей сателлитов, причем интенсивность антистоксова сателлита в 1,3-1,4 раза превышает интенсивность стоксова (см. рис.3).

Рис. 3. Характерная ВРЛспектрограмма в окрестности -линий бальмеровской серии Интерпретация наблюдаемых спектров следующая. Структура сателлитов, как и линий однофотонного поглощения, определяется двумя спектральными группами, соответствующими переходам с двух подуровней тонкой структуры уровня с n=2 с энергетическим зазором 0,364 см-1. Каждая группа, в свою очередь, состоит из нескольких линий, интенсивности которых отличаются на порядок и более, а спектральная структура тонким расщеплением верхнего уровня. В спектре однофотонного поглощения наибольшую интенсивность имеют самые высокочастотные линии, сателлиты же возникают относительно запрещенных однофотонных переходов. Поэтому наблюдается "красное смещение" сателлитов, значительно большее для линии Н, чем для линии Н. Отметим также, что интенсивности сателлитов невозмущенных линий при одинаковых поляризациях лазерного и микроволнового полей значительно превышают интенсивность сателлитов в случае, когда направления поляризаций взаимно перпендикулярны.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о применимости метода внутрирезонаторной лазерной спектроскопии для измерений спектров осциллирующих полей в плазме.

В п.1.5.1 предложено использовать эффект "памяти" ВРЛ-спектрометра для измерения полей наносекундной длительности в отличие от микросекундных полей (п.1.4) в специфических условиях, когда импульс зондирующего лазера существенно длиннее импульса СВЧ поля и исследуемая плазма имеет достаточно большие для условий ВРЛС размеры (длина резонатора 4,5 м). Излучение, генерируемое релятивистским СВЧ генератором (корсинотрон =3 см, мощность 200 МВт) с помощью квазиоптического преобразователя трансформировалось в волновой пучок с гауссовым распределением поля по поперечной координате. Высокочастотный генератор создавал однородную водородную плазму с концентрацией электронов 1010-10см-3 и температурой электронов 5-10 эВ. Для определения напряженности поля регистрировались спектральные профили линии H без СВЧ поля и при его наличии. Измеренные значения по порядку величины совпали с данными, полученными другими методами. Приведены также результаты исследования взаимодействия интенсивного релятивистского электронного пучка (энергия частиц 350 кэВ, плотность тока 2-4 кА/см2) с плазмой (концентрация электронов 1014 - 5 1015 см-3). Обнаружено, что в условиях экспериментов происходит аномально быстрый нагрев нейтральных частиц и эффект Допплера маскирует все остальные механизмы уширения линий.

В п.1.5.2 представлены результаты исследования разряда в смеси паров гелия (1,5 Торр) и цезия, возбуждаемого СВЧ излучением (длина волны см, мощность 70 кВт) методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии. Регистрировалось уширение спектральных линий диффузной и резкой линий цезия, соответствующих переходам 6Р1/2 8D3/2 и 6Р1/2 10S1/2, при включении СВЧ импульса. Показано, что в присутствии СВЧ поля происходит увеличение однородной составляющей ширины линии, вызванной ростом концентрации электронов. В случае, когда СВЧ поле направлено перпендикулярно оптической оси, на основе полученных данных оценена частота ионизации. В свою очередь, при направлении поля в волноводе вдоль оптической оси характерный масштаб возмущений параметров плазмы имеет порядок всей длины разрядной трубки. В предположении о том, что за эти изменения ответственна поверхностная волна, проведена оценка величины поля в ней.

В п. 1.5.3 продемонстрирована возможность использования внутрирезонаторной лазерной спектроскопии для измерения изотопного состава на 6 примере естественной смеси изотопов Li и Li. Проводились измерения эквивалентной ширины (величины, аналогичной полному поглощению или эквивалентной ширине в традиционной спектроскопии поглощения). Результаты измерений (рис.4) позволили определить отношение содержания изотопов лития в естественной смеси N6 / N7 = 0.0800.002 (р = 0.9). Этот результат находится в хорошем согласии со справочными данными: 0.0813.

На основании проведенных исследований можно сделать вывод о возможности успешного применения внутрирезонаторной лазерной спектроскопии для измерения изотопного состава.

Рис. 4. Результаты измерений эффективного коэффициента поглощения в центре линий D7 Ч 01 и D6 Ч 2 2.159 N03 ( = ) N7 Исследованию эффективности использования импульсного коронного разряда для удаления двуокиси серы методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии посвящен п.1.5.4. Эксперименты проводились в воздухе атмосферного давления, содержащем 6000 мд. SO2 и 6000 мд. NH3. Предполагалось, что основным каналом гибели аммиака в разряде является реакция NH2 + S O2 + M NH2S O2 + M ; (1) в этом случае уменьшение концентрации аммиака свидетельствует о связывании SO2 в разряде. Динамика поведения NН3 изучалась по спектрам поглощения радикала NH2 методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии. Из экспериментальной зависимости коэффициента поглощения для радикала NH2 от числа импульсов оценивались энергозатраты на одну удаленную молекулу SO2, составившие в условиях наших экспериментов 5 эВ, что свидетельствует о высокой эффективности процесса очистки.

В п. 1.5.5 продемонстрирована возможность внутрирезонаторного увеличения угла поворота плоскости поляризации оптически активным веществом при использовании лазеров микросекундной длительности. Эффект внутрирезонаторного лазерного усиления оптического вращения был продемонстрирован в работе [17]. Авторы работы использовали импульсный лазер на красителе с когерентной накачкой длительностью порядка 30 нс, что обеспечивало усиление оптической активности всего в 15 раз. В наших экспериментах мы использовали лазер с ламповой накачкой, что позволило решить сразу две задачи: во-первых, увеличение длительности импульса генерации до нескольких микросекунд, что обеспечило увеличение угла поворота плоскости поляризации до 103, во-вторых, ламповая накачка позволила осуществить изотропную накачку, что существенно облегчает условия проведения эксперимента.

Вторая глава посвящена методам нелинейной лазерной спектроскопии в газе возбужденных атомов. В п.2.2 рассмотрена возможность измерения однородной ширины спектральной линии при насыщении спектрального перехода. В отличие от традиционных методов спектроскопии насыщения, когда регистрируется уменьшение поглощения пробного пучка, вызванное селективным опустошением поглощающего уровня под действием волны накачки, предложено использовать различную зависимость интенсивности флуоресценции Bf от мощности зондирующего излучения при различных соотношениях между однородной шириной спектральной линии Г и шириной спектра лазера las. Показано, что измерения Bf и Bf в зависимости от плотности потока мощности лазерного излучения I и I в случаях, когда las Г и Г позволяют определить величину Г. Приведены las результаты экспериментальной проверки работоспособности предложенной методики. Измерения проводились в импульсной водородной газоразрядной плазме на линии H. В условиях эксперимента однородная ширина линии H обусловлена линейным для атомов водорода эффектом Штарка в электрических полях, создаваемых электронами и ионами. Ширина линии H одновременно контролировалась при помощи монохроматора. Совпадение результатов измерений однородной ширины линии независимыми методами свидетельствует о работоспособности предлагаемого метода (см. рис.5).

Рис. 5. Зависимость ширины линии H в водородной разрядной плазме от силы тока I: Ч измерения по сигналу флуоресценции;

Х Ч измерения с помощью спектрометра Все следующие параграфы второй главы посвящены исследованию интерференционных эффектов в газе возбужденных атомов. Подавляющее большинство работ по КПН выполнено в парах щелочных или редкоземельных металлов, у которых в качестве нижних уровней -системы используются сверхтонкие (или тонкие) компоненты основного состояния. Характерное время распада таких уровней достигает нескольких секунд, поэтому резонансы КПН отличаются высокой добротностью. Отметим, что уровни тонкой и сверхтонкой структуры малочувствительны к атомным столкновениям, поэтому наличие буферного газа приводит к увеличению времени пребывания атомной системы в лазерных пучках, не нарушая при этом когерентность нижних уровней. Иная ситуация характерна для возбужденных атомов. Столкновения с любым сортом частиц (атомы, ионы, электроны) приводят к распаду нижнего рабочего уровня, существенно увеличивая, тем самым, скорость релаксации когерентности на низкочастотном переходе (к примеру, сечения тушащих столкновений атомов инертных газов в метастабильном состоянии с примесными атомами могут достигать значений порядка газокинетических). В результате резко падает контрастность резонансов КПН, поэтому экспериментальная реализация когерентного пленения населенности в системе возбужденных атомов представляется достаточно сложной задачей. С другой стороны, сильное влияние внешних условий открывает возможности для разработки методов диагностики внешних факторов, воздействующих на "плененный" атом. Такие методы по сути своей неконтактные, а при наблюдении флуоресценции и локальные. Реализация методов диагностики, основанных на КПН в системе возбужденных атомов, особенно важна в плазменных средах, поскольку переходы из основного состояния лежат в недоступной для современных лазеров области.

В п.2.3 исследовано когерентное пленение населенности в газовом разряде на переходах между возбужденными уровнями атомов неона (исполь3 зовался переход 2p53s P 2p53p P2). В присутствии продольного магнитного поля наблюдались резонансы, соответствующие возникновению когерентного пленения населенности в - и V - схемах на зеемановских подуровнях нижнего и верхнего рабочих уровней. В эксперименте также наблюдались эфекты нелинейного вращения плоскости поляризации в условиях когерентного пленения населенности (нелинейный резонансный эффект Фарадея). Проанализирована возможность использования когерентного пленения населенности для измерения локальных значений магнитного поля и других параметров плазмы. Для иллюстрации соответствующих возможностей были проведены дополнительные эксперименты в специальных условиях, максимально неблагоприятных для наблюдения КПН. Во-первых, был выбран переход с излучающими верхним и нижним рабочими уровнями.

Во вторых, геометрия эксперимента была подобрана таким образом, чтобы максимально приблизиться к реальным условиям, специально усложнив возможности измерений: отношение диаметра лазерного пучка к размеру плазмы вдоль линии наблюдения составляло 210-2, телесный угол входного зрачка системы регистрации равнялся 10-2, сигнал флюоресценции регистрировался на переходе, совпадающем с рабочим. Экспериментальные исследования подтвердили высокий потенциал КПН для диагностики магнитного поля в плазме.

В п.2.4 рассмотрена возможность измерения не только величины, но и направления магнитного поля. Основная идея заключается в следующем. В общем случае в спектре флуоресценции наблюдается серия КПН-резонансов, соответствующих переходам между различными магнитными подуровнями рабочих уровней. Параметры наблюдаемых КПН-резонансов зависят от взаимной ориентации магнитного поля и направления распространения лазерного излучения, что может быть использовано для определения направления магнитного поля (рис.6). Проведен анализ КПН в наиболее удобРис. 6. Возможные схемы образования когерентного пленения населенности на переходе J = 1 J = 0.

а) Ч проекция лазерного поля на магнитное равна нулю; б) Ч отлична от нуля ной для построения магнитной диагностики -схеме в случае неоднородного доплеровского уширения оптического перехода. Получено аналитическое выражение для зависимости глубины провала от интенсивности оптического излучения в плечах -схемы. На основании полученных результатов предложен способ определения величины и направления магнитного поля по соотношению амплитуд КПН-резонансов, соответствующих одинарному и двойному зеемановскому расщеплению. Проведенная экспериментальная проверка подтвердила работоспособность предложенного метода. Приведены результаты эксперимента.

П. 2.5 посвящен анализу возможности использования КПН-методики для измерения отношения полоидального и тороидального магнитных B/B полей в установках для термоядерного синтеза. Предполагается использовать пучки тестовых водородоподобных и гелиоподобных нейтральных частиц. Как правило, направление полоидального поля не представляет существенного интереса, в этом случае для измерения отношения B/B, удобно использовать циркулярную поляризацию лазерного излучения. При этом требуется измерение одного КПН-провала вместо двух, необходимых при работе с линейно поляризованным излучением [18]. Кроме того, использование циркулярно-поляризованных волн позволяет избежать фарадеевского вращения плоскости поляризации при распространении лазерного излучения до точки измерения. Очевидно, что для лучшего контраста необходимо отказаться от приближения малых [18] интенсивностей, так как с увеличением интенсивности увеличивается спектральная область атомов из доплеровского неоднородного контура уширения, вовлеченных в процесс резонансной флуоресценции. Проведенные оценки демонстрируют, что в случае водородоподобных атомов точность измерений по крайней мере не уступает таковой для существующих оптических методов измерений, основанных на динамическом эффекте Штарка [19] (MSE-схема). В случае гелиоподобных тестовых атомов точность измерений должна быть на порядок выше.

П.2.6 посвящен исследованиям электромагнитно индуцированной прозрачности и когерентного пленения населенности в режиме, когда управляющим является радиочастотное излучение. Подобные исследования стимулированы поиском новых схем реализации эффективной генерации без инверсии. Необходимо отметить также, что радиочастотное управление ядерными переходами рассматривается как один из возможных способов реализации эффектов квантовой интерференции (когерентное пленение населенности, электромагнитно индуцированная прозрачность, генерация без инверсии и др.) в гамма - диапазоне для мессбауэровских переходов.

В п.2.6.1 приведено описание экспериментальной установки для исследования взаимодействия четырехуровневой атомной системы с управляющим радиочастотным и пробным оптическим полями. Радиочастотное поле прикладывалось между зеемановскими подуровнями нижнего рабочего уровня, расщепленного переменным во времени магнитным полем.

Контролировалось прохождение пробного лазерного излучения, резонанс3 ного переходу 2p53s P (J=1) 2p53p P0 (J=0) атомов неона, возбуждаемых разрядом. При совпадении частоты радиочастотного поля с величиной зеемановского расщепления зафиксировано увеличение прохождения пробного лазерного излучения. Ширина и глубина "окна" прозрачности растут при увеличении амплитуды радиочастотного поля. С ростом интенсивности пробного излучения глубина резонанса также растет, в то время как ширина практически не меняется (рис.7).

В эксперименте наблюдалась также генерация стоксовых и антистоксовых компонент, смещенных на частоту радиочастотного поля. Для моделирования экспериментальных результатов использовалась стандартная методика, основанная на анализе матрицы плотности. Показано, что при при совпадении частоты радиочастотного поля с величиной зеемановского расщепления и при выполнении определенных условий на частоты Раби оптического и радиочастотного полей в спектре прохождения образуется узкий резонанс, обязанный своим происхождением формированию темного суперпозиционного состояния. Получено хорошее согласие с экспериментальными результатами.

а) б) Радиочастотная отстройка (МГц) Радиочастотная отстройка (МГц) Рис. 7. Экспериментальные спектры поглощения пробного излучения (в отн. ед.) в зависимости от радиочастотной отстройки. а) Ч при различных значениях амлитуды радиочастотного поля Bрч (снизу вверх Bрч = 7,3; 9,2; 11; 12,8; 16,5; 20,2 Гс); б) Ч при различных интенсивностях пробного излучения Iпр (снизу вверх Iпр = 5; 90; 325; 5мВт/см2) В п.2.6.2 проведено исследование взаимодействия четырехуровневой атомной системы с управляющим радиочастотным и пробным оптическим излучением в случае, когда радиочастотное поле резонансно зеемановскому расщеплению уже не нижнего, а верхнего рабочего уровня. Стимулом для проведения этих исследований была возможность экспериментального моделирования так называемого "вентильного" эффекта, предсказанного в работе [20]. Суть эффекта заключается в существенном перераспределении упругого и рамановского каналов рассеяния при воздействии резонансного радиочастотного поля, перемешивающего спиновые уровни возбужденного состояния ядра. Исследовался переход J=0J=1 (616,3 нм) для атомов неона, возбуждаемых разрядом. Переход возбуждался лазером c поляризацией, параллельной внешнему магнитному полю, которое было модулировано по величине (частота модуляции 20 Гц). Перпендикулярно полю прикладывалось радиочастотное поле, частота которого поддерживалась постоянной.

Регистрация рассеянного излучения производилась в направлении, перпендикулярном как магнитному полю, так и пробному излучению. Селекция каналов рассеяния осуществлялась по поляризации ( и ) относительно внешнего магнитного поля. Показано, что в условиях радиочастотного резонанса, действительно имеет место существенное перераспределение интенсивностей поляризационных каналов.

В третьей главе изложены результаты исследования нелинейного резонансного эффекта Фарадея в условиях когерентного пленения населенности. В п.3.2 исследовался нелинейный резонансный эффект Фарадея в широком диапазоне изменения интенсивности электромагнитной волны и величины магнитного поля. Эксперимент проводился в парах Rb на переходе F=2 F=1 линии D1. Переход F=2 F=1 был выбран среди других переходов между компонентами сверхтонкой структуры уровней 5s1/2, 5p1/2, так как он обладает большей чувствительностью к магнитному полю и, следовательно, представляет наибольший практический интерес. Измерения показали, что форма кривой зависимости угла поворота плоскости поляризации (положение максимума, точка смены знака эффекта и т.д.) существенно зависит от интенсивности световой волны. Магнитное поле, при котором эффект меняет знак, линейно зависит от корня из интенсивности, то есть от частоты Раби. Продемонстрирована немонотонная зависимость угла поворота плоскости поляризации от интенсивности лазерного излучения. При малых интенсивностях среда практически нечувствительна к магнитному полю. С ростом интенсивности (при превышении порога возникновения когерентного пленения населенности) угол поворота начинает быстро расти благодаря увеличению количества атомов, переходящих в состояние когерентного пленения населенности. При дальнейшем увеличении интенсивности лазерного излучения величина эффекта начинает падать.

В п.3.3 рассмотрено влияние поперечного магнитного поля, перпендикулярного направлению распространения электромагнитной волны, на резонансный эффект Фарадея. Экспериментальное исследование проводилось на том же переходе, что и ранее, F=2 F=1 линии D1 87Rb. Сильное поперечное магнитное поле разрушает атомную когерентность и приводит к уменьшению производной угла поворота по продольному магнитному полю d в нуле поля (B = 0), определяющей чувствительность магнитометров на dB основе нелинейного резонансного эффекта Фарадея. Влияние поперечного магнитного поля несколько отличается для разных ориентаций поляризации лазерного излучения относительно поперечного поля, однако можно сделать общий для всех случаев вывод: поперечные поля произвольной ориентации слабо влияют на нелинейный резонансный эффект Фарадея до тех пор, пока их напряженности не превышают Bm (Bm Ч положение максимума угла поворота поляризации в отсутствие поперечных полей).

П.3.4 посвящен исследованию особенностей резонансного эффекта Фарадея в открытых системах: влиянию оптической откачки населенности с рабочих уровней и возможности ее компенсации. Исследовано оптическое замыкание системы с помощью излучения вспомогательного лазера (рис.8).

Рис. 8. Схема включения основного и вспомогательного лазеров Экспериментальное исследование проводилось в парах рубидия на переходе F=2 F=1 линии D1 для двух случаев с существенно различными константами релаксации: чистых паров рубидия и паров рубидия в присутствии буферного газа, широко используемого для снижения константы низкочастотной релаксации. Эксперимент с чистыми парами рубидия показал увеличение чувствительности в 1,6 раза и двукратное расширение динамического диапазона. В случае буферного газа, отличающемся существенно различными константами релаксации 105 и, как следствие, небольшим Г динамическим диапазоном Bm в отсутствии компенсации, паразитное магнитное поле Земли практически полностью аннулировало эффект Фарадея.

Компенсация откачки, приводящая к увеличению Bm, позволила уверенно работать в присутствии магнитного поля Земли. Таким образом, компенсация потери населенности рабочих уровней позволяет увеличить чувствительность и расширить динамический диапазон магнитометров на основе резонансного эффекта Фарадея, особенно при работе с образцами с малыми частотами зеемановской релаксации Г.

В четвертой главе исследованы режимы электромагнитно индуцированной прозрачности в кристаллах, допированных ионами редкоземельных металлов как на сверхтонких, так и на зеемановских подуровнях. Продемонстрирована возможность их эффективного использования для целей спектроскопии изолированных ионов, допированных в оптические прозрачные кристаллы, и их комплексов. В п.4.1 приведены сведения об особенностях структуры уровней в подобных средах.

В п.4.2 приведены результаты исследования режима электромагнитно индуцированной прозрачности в кристалле Nd3+:LaF3. Исследовался пере4 ход I9/2 G5/2 иона Nd3+, основное и возбужденное состояние которого являются крамерсовыми дублетами. В ходе экспериментов изучался спектр прохождения пробного излучения в присутствии интенсивного управляющего поля при различных частотных отстройках между ними при изменении внешнего магнитного поля H. Обнаружены пики пропускания, соответствующие различным резонансам (см.рис. 9): подавление поглощения в нуле магнитного поля (оно присутствует и при выключении управляющего оптического поля), подавление поглощения при магнитных полях, равных H2 = /g2B (выжигание спектральной "дырки"), и подавление поглощения (вместо роста поглощения, который наблюдался бы в отсутствие интерференционных эффектов) при магнитных полях H1 = /g1B (электромагнитно индуцированная прозрачность). g1 и g2 - факторы Ланде нижнего и верхнего уровней.

Пики пропускания на плоскости параметров (H, ) хорошо ложатся на прямые, наклон которых позволяет определить факторы Ланде для верхнего и нижнего уровней. Измеренные значения этих факторов с погрешностью не более 10% совпадают с данными, приведенными в литературе. Исследована зависимость глубины и ширины "окна" прозрачности от интенсивности управляющего поля. Показано, что ширина "окна" прозрачности при отличном от нуля магнитном поле практически не зависит от интенсивности 1.2 2Рис. 9. Спектры пропуска1 1ния пробного поля в при(в) 0.8 сутствии управляющего поля (б) и без него (в); (а) Ч ос0.6 -1(б) циллограмма внешнего маг(а) нитного поля 0.4 -20 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.Время, с управляющего поля, а глубина монотонно растет, в то время как зависимость глубины и ширины резонанса, возникающего при нулевом магнитном поле от интенсивности входного излучения имеет немонотонный характер: сначала с ростом интенсивности глубина и ширина резонанса растут, а затем начинают падать.

П. 4.3 посвящен исследованию режима электромагнитно индуцированной прозрачности в кристалле Pr3+:LaF3. Исследования проводились на ли3 нии H4 D2 (16872 см-1) ионов Pr3+. Разность частот между управляющим и пробным пучком варьировалась в окрестности частоты перехода 3 между сверхтонкими уровнями H4(1/2) H4(3/2). В эксперименте измерялось пропускание пробного пучка как функция двухфотонной отстройки от сверхтонкого резонанса. Обнаружены резонанс пропускания на разностной частоте c - p 8,5 МГц и резонанс дисперсионной формы на c - p 5,5 МГц.

(а) (б) 4 6 8 10 c p, МГц c p, МГц Рис. 10. Спектры поглощения пробного излучения в присутствии управляющего в зависимости от разности частот между ними: (а) Ч экспериментальный спектр; (б) Ч расчетный спектр Проведено численное моделирование эксперимента на основе уравнений для элементов матрицы плотности для шестиуровневой системы ионов Pr3+. При численном моделировании использовались данные, полученные Магнитное поле, Гс Пропускание, пр.ед.

Поглощение, пр.ед.

при измерении неоднородной ширины линии оптического перехода методом спектроскопии поглощения, измерении ширины сверхтонких переходов методом двойного радиооптического резонанса, времени жизни населенности на возбужденном D2 уровне по временной зависимости спада флуо3 ресценции при возбуждении перехода H4 D2 импульсом резонансного лазерного излучения. Получено хорошее качественное соответствие между расчетными и экспериментальными спектрами пропускания пробного излучения (рис.10).

П. 4.4 посвящен исследованию механизмов парного взаимодействия ионов Nd3+ в кристалле LaF3. Известно, что в оптических спектрах поглощения и флуоресценции редкоземельных элементов в диамагнитных матрицах при концентрации активных ионов порядка 0,1% и гелиевых температурах, кроме линий изолированных ионов, наблюдаются так называемые сателлитные линии. В наших экспериментах вблизи линии изолированного иона 4 (переход I9/2 G5/2) обнаружены сателлиты, отстоящие на несколько см-(рис.11). Использовались кристаллы Nd3+:LaF3 с естественным составом 0.Концентрация Nd 0.1 ат.% Концентрация Nd 0.5 ат.% (a) (в) 0.Линия изолированного иона Nd3+ 6 0.Переход I9/2(1)-4G5/2(1) Линия изолированного 0.5 иона Nd3+ Переход I9/2(1)-4G5/2(1) 0.0.3 0.0.0.0.1 2 3 4 10 11 8 0 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 Волновое число (см-1) Волновое число (см-1) Рис. 11. Спектры поглощения в окрестности перехода I9/2(1)-4G5/2(1) при концентрациях ионов неодима: (а) Ч 0,5 и (в) Ч 0,1 ат.% смеси различных изотопов неодима размером 5х5х10 мм с концентрациями 0,1 и 0,5%, выращенные методом Бриджмена-Стокбакера.

Относительная интенсивность сателлитов на несколько порядков меньше интенсивности линии изолированного иона, ширина сателлитных линий порядка 10 ГГц. Квадратичная зависимость коэффициента поглощения сателлитов от концентрации ионов неодима позволяет сделать вывод, что сателлитные линии обусловлены парным взаимодействием ионов неодима, замещающими близкие друг к другу атомы La в кристаллической решетке.

Естественно ожидать, что некоторые типы взаимодействий могут приводить к сдвигу/расщеплению линий, не превышающему неоднородную ширину.

Поглощение (пр.ед.) Поглощение (пр.ед.) Для выявления особенностей переходов, скрытых неоднородным уширением, использовалось излучение двух независимых лазеров, одно из которых являлось управляющим, другое - пробным. Измерялась зависимость интенсивности пробного излучения, прошедшего через кристалл, от разности частот лазеров. Обнаружена сложная структура сателлитных линий (на масштабах вплоть до 3 ГГц), отсутствующая у линии изолированного иона (рис.12). Аналогичная структура наблюдается и в спектрах флуоресценции 4 (переход D3/2 I11/2).

Рис. 12. Спектры прохождения пробного излучения в (d) присутствии управляющего в зависимости от разности частот между ними: (a) Ч (c) сателлит №6; (b) Ч сателлит №7; (c) Ч сателлит №8;

(b) (d) Ч линия изолированного иона (a) -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 30Частотная расстройка между лазерными лучами, МГц Включение магнитного поля приводит к сдвигу некоторых резонансов, однако "траекторию" их движения отследить достаточно сложно из-за плохого спектрального разрешения (излучения управляющего и пробного лазеров не когерентны). Для лучшего спектрального разрешения сдвиг частоты пробного излучения осуществляется акустооптическими модуляторами, благодаря чему пробное и управляющее поле остаются когерентными, что приводит к более узким резонансам когерентного пленения населенности. Измерения зависимости положения пиков пропускания от величины приложенного магнитного поля при различных частотных отстройках между управляющим и пробным полем проводились на хорошо разрешенной сателлитной линии, смещенной от линии изолированного иона на 2 см-1 в высокочастотную область по спектру. Положения максимумов пропускания пробного поля в координатах разность частот/магнитное поле ложатся на несколько прямых, отличающихся наклоном, соответствующим g - факторам основного и возбужденного состояний изолированного иона и сдвигом порядка 100 МГц. Анализ величин расщеплений, обусловленный различными типами взаимодействий и экспериментальных результатов позволяет Пропускание (отн. ед.) сделать вывод, что крупномасштабная структура сателлитных линий, сопровождающих переходы изолированного иона Nd3+ в LaF3, обусловлена расщеплением уровней пары ионов неодима, находящихся в основном состоянии, за счет взаимодействия обменного типа, а мелкомасштабная - резонансами в V и - системах, образованных подуровнями парных состояний [4I9/2,4I9/2], [4I9/2,4G5/2] и [4I9/2,4F3/2], [4I9/2,4D1/2] за счет квадруполь-квадрупольного и магнитного диполь-дипольного взаимодйствий пары ионов на расстояниях в несколько ангстрем.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертационной работе.

Основные результаты диссертационной работы 1. Разработаны и реализованы методики использования внутрирезонаторной лазерной спектроскопии:

- для диагностики плазмы (измерения амплитуды осциллирующих полей, частоты ионизации, температуры компонент и др.);

- для определения изотопного состава газа;

- для исследования эффективности использования импульсного коронного разряда с целью удаления двуокиси серы;

- для увеличения угла поворота плоскости поляризации оптически активным веществом.

Предложена и экспериментально реализована схема внутрирезонаторного интерферометра, основанная на преобразовании спектрального сдвига интерференционных полос в изменение интенсивности генерации лазера в определенных спектральных интервалах. Это преобразование позволяет увеличить чувствительность на 3-4 порядка по сравнению с традиционной двухлучевой интерферометрией.

2. На основе измерений профилей линий поглощения методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии определены величины поступательной энергии малых (<10-5 %) добавок примесных атомов в импульсном тлеющем разряде в азоте. Сравнение с данными измерений колебательной и вращательной температуры молекул азота по спектру излучения второй положительной системы показало, что поступательная температура атомов инертных газов и водорода определяется температурой газа, а поступательная температура атомов щелочных металлов определяется величиной колебательной температуры и отношением масс молекулы азота и примесного атома. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют об отсутствии активационного барьера в неупругих столкновениях колебательно-возбужденных молекул и атомов щелочных металлов и об аномально высоких (порядка газокинетических) сечениях тушения колебательного возбуждения атомами щелочных металлов.

3. Методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии выявлены особенности спектра поглощения лазерного излучения водородно-дейтериевой плазмы, помещенной в поле мощного микроволнового излучения. Обнаружены две дополнительные пары областей поглощения, возникающих в СВЧ поле с частотой и отстоящих от невозмущенных линий бальмеровской серии на частоты и 2 (стоксовы и антистоксовы сателлиты). Сателлиты обладают тонкой структурой, масштаб которой совпадает с масштабом тонкой структуры уровня с главным квантовым числом n=2.

Стоксов и антистоксов сателлиты -линии имеют одинаковую форму и симметрично расположены относительно невозмущенной линии. Расстояния между стоксовыми и антистоксовыми сателлитами -линии также совпадают с 2 и 4, однако вся спектральная картина смещена в "красную" сторону относительно линии однофотонного поглощения на величину, определяемую тонкой структурой уровня с n=3; наблюдается и заметное отличие профилей сателлитов -линии. Интенсивность сателлитов невозмущенных линий при одинаковых направлениях поляризации лазерного и микроволнового полей значительно превышает интенсивность сателлитов в случае, когда направления поляризаций взаимно перпендикулярны.

4. Разработан и апробирован простой метод измерения локальных значений однородной ширины спектральных линий атомов и ионов в плазме.

В отличие от традиционных методов спектроскопии насыщения, когда регистрируется уменьшение поглощения пробного пучка, вызванное селективным опустошением населенности поглощающего уровня под действием волны накачки, в предложенном методе используются различные зависимости интенсивности флуоресценции от плотности потока зондирующего лазерного излучения при различных соотношениях между однородной шириной спектральной линии и шириной спектра лазера.

5. Обнаружено когерентное пленение населенности на переходах между возбужденными уровнями атомов неона в газовом разряде. В присутствии продольного магнитного поля зафиксированы резонансы, соответствующие возникновению когерентного пленения населенности на зеемановских подуровнях нижнего и верхнего рабочих уровней. Найдены характеристики нелинейного вращения плоскости поляризации в условиях когерентного пленения населенности в газе возбужденных атомов. В модельных лабораторных экспериментах продемонстрирована возможность использования эффектов когерентного пленения населенности и электромагнитно индуцированной прозрачности для диагностики параметров плазмы.

6. Разработан новый бесконтактный оптический метод измерения профиля коэффициента запаса устойчивости в тороидальной термоядерной плазме. Предложено проводить локальные измерения отношения полоидального магнитного поля к тороидальному путем анализа оптического сигнала резонансной флуоресценции тестовых нейтральных атомов с зеемановски расщепленной структурой уровней, используя зависящий от ориентации магнитного поля относительно лазерного пучка эффект частичного подавления резонансной флуоресценции при когерентном пленении населенности.

Показано, что в случае водородоподобных атомов точность измерений по крайней мере не уступает таковой для существующих оптических методов измерений, основанных на динамическом эффекте Штарка (MSE-схема). В случае гелиоподобных тестовых атомов точность измерений может быть на порядок выше.

7. Установлено возникновение прозрачности для пробного оптического пучка за счет когерентного пленения населенности при воздействии радиочастотного поля на переходы между зеемановскими подуровнями возбужденных атомных состояний. Показано, что данный эффект является результатом совместного действия радиочастотного и оптического полей и адекватно описывается в модели резонансного взаимодействия указанных полей с четырехуровневой атомной системой. Выявлена зависимость ширины и глубины "окна" прозрачности от интенсивности оптического и радиочастотного полей. Продемонстрирована возможность управляемого преобразования частоты исходного лазерного излучения за счет резонансного рассеяния в условиях радиочастотно индуцированной прозрачности. Установлено, что в условиях радиочастотного резонанса на зеемановских подуровнях возбужденных атомов в результате квантовой интерференции происходит перераспределение интенсивности поляризационных каналов рассеяния резонансного оптического излучения.

8. При исследовании эффекта нелинейного резонансного вращения плоскости поляризации электромагнитного излучения в условиях когерентного пленения населенности на переходе F=2 F=1 линии D1 атомов Rb обнаружена немонотонная зависимость угла поворота от интенсивности излучения и приложенного магнитного поля, в том числе поперечного. Выявлена линейная зависимость магнитного поля в точке смены знака эффекта от амплитуды поля световой волны. Показано, что поперечные магнитные поля, превышающие значения продольного магнитного поля в точке максимума угла поворота при отсутствии поперечного поля, существенно влияют на угол поворота плоскости поляризации. Установлено, что предотвращение ухода населенности с рабочих уровней с помощью вспомогательного излучения приводит к увеличению чувствительности и расширению динамического диапазона измеримых магнитных полей.

9. а) Реализован режим электромагнитно индуцированной прозрачности за счет возбуждения когерентности между зеемановскими подуровнями 4 ионов Nd3+ в кристалле LaF3 на переходе I9/2(1) G5/2(1), диагностировавшийся по спектру прохождения пробного излучения в присутствии интенсивного управляющего поля для различных частотных отстроек между ними при изменении внешнего магнитного поля H. Обнаружены пики пропускания, которые соответствуют различным резонансам и на плоскости параметров (H, ) хорошо ложатся на прямые, позволяющие определить факторы Ланде для верхнего и нижнего уровней. Показано, что ширина "окна" прозрачности при отличном от нуля магнитном поле практически не зависит от интенсивности управляющего поля, а глубина монотонно растет, в то время как зависимость глубины и ширины резонанса, возникающего при нулевом магнитном поле, от интенсивности входного излучения имеет немонотонный характер: сначала с ростом интенсивности глубина и ширина резонанса растут, а затем начинают падать.

б) Продемонстрирован эффект электромагнитно индуцированной прозрачности при оптическом возбуждении низкочастотной когерентности в сверхтонкой структуре уровней ионов Pr3+ в кристалле LaF3 на переходе 3 H4 D2. При варьировании разности частот между управляющим и 3 пробным пучком в окрестности частоты перехода H4(1/2) H4(3/2) обнаружены резонанс пропускания на разностной частоте 8,5 МГц и резонанс дисперсионной формы на частоте 5,5 МГц.

10. В спектре поглощения ионов Nd3+ в кристалле LaF3 в окрестности 4 перехода I9/2(1) G5/2(1) обнаружены сателлиты, которые обусловлены обменным взаимодействием ионов Nd3+, образующих пары, и сопровождают линию поглощения изолированных ионов. Впервые методами спектроскопии высокого разрешения выявлена сложная структура сателлитных линий, скрытая неоднородным уширением.

Основные выводы Проведенные исследования позволяют предложить новые эффективные подходы к использованию методов внутрирезонаторной и квантовоинтерференционной спектроскопии, значительно расширить диапазон их применения для измерения параметров газовых и конденсированных сред и представляют непосредственный интерес для диагностики плазмы (в том числе высокотемпературной), разработки практических приложений низкотемпературной плазмы, магнитометрии, создания новых активных сред, разработки твердотельных систем оптической памяти.

Список работ по теме диссертации 1*. Ахмеджанов Р.А., Полушкин И.Н., Ханин Я.И., Язенков В.В. Локальные измерения концентрации зарядов в газовом разряде в водороде методом резонансной лазерной флюоресценции //Труды IV Всесоюзной конференции по генераторам низкотемпературной плазмы, Фрунзе, 1983, С.204-22*. А.с. 1067930 СССР мкн НО5Н1/00. Способ измерения коэффициента диффузии заряженных частиц в плазме / Ахмеджанов Р.А., Полушкин И.Н., Ханин Я.И., Язенков В.В.(СССР) - N3484243/18-25; заявлено 22.08.3*. А.с. 1067930 СССР, мкН G01N21/63. Способ измерения штарковской ширины линии в плазме / Р.А.Ахмеджанов, И.Н.Полушкин, Я.И.Ханин, В.В.Язенков (СССР). - N3367773/18-25; заявлено 18.12.4*. А.с. 11322668 СССР мкН G01N21/21. Устройство для измерения концентрации атомов и молекул в плазме / Р.А.Ахмеджанов, М.С.Гитлин, М.А.Новиков, И.Н.Полушкин, А.И.Щербаков (СССР). - N3600787/24-25; заявлено 06.06.5*. Ахмеджанов Р.А., Полушкин И.Н., Ханин Я.И., Язенков В.В. Измерение эффективного заряда ионов примеси в горячей плазме по штарковской ширине спектральной линии //Сб. докладов III Всес. совещания по диагностике высокотемпературной плазмы, Дубна, 1983, С.6*. Ахмеджанов Р.А, Полушкин И.Н. Измерение колебательной температуры неравновесной плазмы методом ВРЛС //Тез. докл. IV Всесоюз.

симпоз. по плазмохимии, Днепропетровск, 1984, С.68-7*. Ахмеджанов Р.А., Полушкин И.Н., Ханин Я.И., Язенков В.В. Измерение локальных значений однородной ширины спектральной линии в плазме //Физика плазмы, 1984, Т.10, Вып.4, С.865-88*. Ахмеджанов Р.А., Полушкин И.Н., Ростовцев Ю.В., Шагиев Ю.М., Язенков В.В. Экспериментальное исследование сателлитов спектральных линий, возникающих в интенсивном микроволновом поле //Письма в ЖЭТФ, 1985, Т.41, Вып.8, С.313-39*. Ахмеджанов Р.А., Полушкин И.Н., Ростовцев Ю.В., Шагиев Ю.М., Язенков В.В. Лазерная спектроскопия квазиэнергетических состояний атомов, возникающих в осциллирующем электрическом поле //Материалы XII Междун. конф. по когерентной и нелинейной оптике. Москва, 1985, С.

264-210*. Ахмеджанов Р.А., Полушкин И.Н., Ростовцев Ю.В., Рябикин М.Ю., Шагиев Ю.М., Язенков В.В. Измерение переменных электрических полей в плазме методами лазерной спектроскопии //Второе всесоюз. совещание Квантовая метрология и фундаментальные физические константы, Ленинград, 1985, С.227-211*. Ахмеджанов Р.А., Полушкин И.Н., Ростовцев Ю.В., Рябикин М.Ю., Шагиев Ю.М., Язенков В.В. Наблюдение тонкой структуры спектров водородной плазмы методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии //ЖЭТФ, 1986, Т.90, Вып.1, С.52-12*. Ахмеджанов Р.А., Полушкин И.Н., Ростовцев Ю.В., Щербаков А.И.

азерная высокочувствительная интерферометрия плазмы //Физика плазмы, 1986, Т.12, Вып.11, С.1308-1313*. Ахмеджанов Р.А., Быков Ю.В., Ким А.В., Полушкин И.Н., Ростовцев Ю.В., Фридман А.А. Измерение колебательной температуры азота в разряде методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии //Препринт ИПФ АН СССР, 147, Горький, 1986, 21 с.

14*. Ахмеджанов Р.А., Данилова Т.П., Капканщиков О.В., Полушкин И.Н., Ростовцев Ю.В., Шагиев Ю.М., Щербаков А.И. О погрешностях измерения параметров плазмы методами ВРЛ-спектроскопии. //Препринт ИПФ АН СССР, 156, Горький, 1986, 24 с.

15*. Ахмеджанов Р.А., Быков Ю.В., Ким А.В., Полушкин И.Н., Фридман А.А. Исследование неравновесной молекулярной плазмы методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии //Физика плазмы, 1987, Т.13, Вып.7, С.859-816*. Akhmedzhanov R., Kolachek K., Ripa M., Ullschmied J, Clupek M., Polushkin I.N., Akhmedzhanov R.A.,Jazenkov V.V., Kapkanshtchikov O.V., Rostovtsev Y.V., Shtcherbakov A.I. Measurements of hydrogen line profiles in the REBEX experiment //Proc. 8th Inter. conf. on High-Power Particle Beams, Novosibirsk, 1990, V.2, P.835-817*. Akhmedzhanov R.A., Kapkanshikov O.V., Polushkin I.N., Rostovtsev Y.V. The cesium line broadening measurements in microwave discharge //Proc.

XX Inter. Conf. Phen. Ion. Gases. Pisa, 1991, V.6, P.1018*. Akhmedzhanov R.A., Polushkin I.N., Rostovtsev Y.V. Intracavity laser diagnostic of nanosecond HF field //Proc. 2nd Inter. Workshop УStrong microwaves in plasmasФ, Nizhny Novgorod, 1993, V.1, P.219*. Ахмеджанов Р.А., Полушкин И.Н., Ростовцев Ю.В. Диагностика СВЧ-полей в волновых пучках методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии //Физика плазмы, 1994, Т.20, 1, С. 36-20*. Ахмеджанов Р.А., Полушкин И.Н., Ростовцев Ю.В. Исследование СВЧ разряда в смеси гелия и паров цезия методом ВРЛС //Оптика и спектроскопия, 1994, Т.76, 4, С.568-521*. Ахмеджанов Р.А., Полушкин И.Н., Ростовцев Ю.В. Измерение изотопного состава лития методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии //Журнал технической физики, 1996, Т.66, Вып.5, С. 202-222*. Ахмеджанов Р.А., Полушкин И.Н., Радищев Д.Б., Ростовцев Ю.В.

Метод измерения аппаратной функции оптических приборов с высоким спектральным разрешением //Приборы и техника эксперимента, 1995, 4, С.

126-123*. Akhmedzhanov R.A., Rostovtsev Yu.V. Intracavity laser spectroscopy for plasmas //In Current Russian Research in Optics and Photonics: Intracavity Laser Spectroscopy, E.A.Sviridenkov, L.N.Lisitsa, Editors, Proceeding of SPIE, 1998, V.3342, P.167-224*. Ахмеджанов Р.А., Зеленский И.В. Нелинейное вращение плоскости поляризации в условиях когерентного пленения населенности //Сб.

трудов междун. конф. Фундаментальные проблемы оптики-2002, СанктПетербург, 2002, C. 122-125*. Ахмеджанов Р.А., Зеленский И.В. Нелинейное резонансное вращение плоскости поляризации в условиях когерентного пленения населенности // Письма в ЖЭТФ, 2002, Т.76, Вып.7, С.493-426*. Akhmedzhanov R.A., Anisimov P.M., Kolesov R.L., Kuznetsova E.A., Zelensky I.V. Application of coherent population trapping for plasma diagnostics.

//In 30-th EPS Conf. on Contr. Fusion and Plasma Physics, 2003, V.27A, P-2.27*. Akhmedzhanov R.A., Zelensky I.V., Kolesov R.L., Kuznetsova E.A., Zorin V.G. CPT method of studying of MGD instabilities in a plasma, confined in a magnetic trap //Тезисы 10 Международной конференции по ионным источникам, Дубна, 2003, С. 34-28*. Анисимов П.М., Ахмеджанов Р.А., Зеленский И.В., Колесов Р.Л., Кузнецова Е.А. Когерентное пленение населенности в газе возбужденных атомов //ЖЭТФ, 2003, Т. 123, Вып.5, С. 912-929*. Анисимов П.М., Ахмеджанов Р.А., Зеленский И.В., Кузнецова Е.А.

Влияние поперечных магнитных полей и оптической откачки населенности с рабочих уровней на нелинейный резонансный эффект Фарадея //ЖЭТФ, 2003, Т.124, Вып.5 (11), С.973-930*. Akhmedzhanov R.A., Zelensky I.V., Kolesov R.L., Kuznetsova E.A.

and Zorin V.G. Coherent population trapping method of studying magnetogydrodynamic instabilities in a plasma, confined in a magnetic trap //Review of scientific instruments, 2004, V.75, N.5, P.1482-1431*. Ахмеджанов Р.А., Зеленский И.В. Экспериментальное исследование группового замедления в вырожденных системах //Письма в ЖЭТФ, 2004, Т.79, Вып.6, С.326-332*. Akhmedzhanov R., Zelensky I.,Kolesov R., Kuznetsova E. Magnetic field diagnostics of plasmas based on coherent population trapping: Theory and experiment //Phys. Rev. E, 2004, V.69, P.036409(1-4).

33*. Akhmedzhanov R., Gushin L., Zelensky I. Coherent population trapping based magnetic field diagnostic in plasmas //Proceeding of SPIE, 2004, V.5402, P. 332-334*. Akhmedzhanov R., Gushin L., Litvak A., Radeonychev Y., Zelensky I., Kolesov R., Kuznetsova E. Radio-frequency induced transparency in a neon discharge //Proceedings of International conference УFrontiers of nonlinear physicsФ, Nizhny Novgorod-St.-Petersburg, 2004, P. 555-535*. Akhmedzhanov R.A., Zelensky I.V. Resonance radiation group delay in the rubidium vapor //Proceedings of International conference УFrontiers of nonlinear physicsФ, Nizhny Novgorod-St.-Petersburg, 2004, P. 561-536*. Akhmedzhanov R., Gushin L., Radeonychev Y, Zelensky I. Experimental observation of electromagnetically induced transparency via adiabatic modulation of atomic transition frequency //Book of abstracts of 13-th International Laser Physics Workshop, 2004, P.337*. Akhmedzhanov R., Gushin L., Litvak A., Kolesov R., Kuznetsova E.

Coherent population trapping in an rf-optical double resonance experiment in a neon discharge //Journal of modern optics, 2006, V.53, N.3., P. 295-306.

38*. Akhmedzhanov Rinat, Gushchin Lev, Kolesov Roman, Kuznetsova Elena, Litvak Alexander, Radeonychev Yevgeny, Zelensky Ilya. Radio-Frequency Induced Transparency in Exited Atoms //International Conference on Coherent and Nonlinear Optics/ International Conference on Lasers, Applications, and Technologies (ICONO/LAT) 2005. Россия, Санкт-Петербург, 11-15.05.2039*. Akhmedzhanov Rinat, Gushchin Lev, Litvak Alexander, Radeonychev Yevgeny, Zelensky Ilya. Observation of Radio-Frequency Induced Optical Transparency in Exited Atoms //The European Conference on Lasers and ElectroR Optics (CLEOй/Europe)/ The European Quantum Electronics Conference (EQEC) 2005. Германия, Мюнхен, 12-17.06.2005, V.29B, art.EB-640*. Akhmedzhanov R., Gushchin L., Litvak A., Radeonychev Y., Zelensky I., Kolesov R., Kuznetsova E. Radio-frequency induced transparency in excited atoms // Proceedings SPIE, 2005, Vol. 6259, art.0F.

41*. Патент на изобретение 2085908 Российская Федерация, 6 G 01 N 21/39. Способ внутрирезонаторной абсорбционной спектроскопии газов / Ахмеджанов Р.А., Гаврилова М.А., Ростовцев Ю.В.; патентообладатель Институт прикладной физики РАН. - 95115457, зарегистрирован в Гос. реестре изобретений 27.07.42*. Akhmedzhanov R., Guschin L., Kuznetsova E., A.Litvak A., Yazenkov V., Zharova N. Experimental observation of electromagnetically induced transparency in Pr3+:LaF3 //Journal of modern optics, 2006, V.53, N.16-17, P. 24492443*. Akhmedzhanov R., Guschin L., Litvak A., Kuznetsova E., Yazenkov V., Zharova N. Investigation of electromagnetically induced transparency in Pr3+:LaF3 //International Conference on Coherent Control of the Fundamental Processes in Optics and X-ray-Optics, Nizhny Novgorod-Kazan-Nizhny Novgorod, Russia, June 30 - July 3, 2006, Conference program and abstracts, P.44*. Akhmedzhanov R., Guschin L., Litvak A., Tokman M., Zelensky I.

CPT-based method of magnetic field diagnostics for high-temperature TOKAMAK plasmas //Proceedings of International Conference УLaser Physics2006Ф, Ashtarak, Armenia, October, 10-13, 2006, P.149-145*. Ахмеджанов Р.А., Бондарцев А.А., Гущин Л.А., Жарова Н.А., Петросян А.Г. Электромагнитно индуцированная прозрачность на зеемановских подуровнях в кристалле Nd3+:LaF3 // Письма в ЖЭТФ, 2007, Т.85, Вып.8, С.

476-446*. Ахмеджанов Р.А., Бондарцев А.А., Гущин Л.А., Жарова Н.А. Использование эффекта электромагнитно индуцированной прозрачности для измерения суперсверхтонкого расщепления уровней ионов редкоземельных металлов, допированных в оптические кристаллы // Письма в ЖЭТФ, 2007, Т. 86, Вып. 9, С.646-650.

47*. Akhmedzhanov Rinat, Bondartsev Alexander, Gushchin Lev, Litvak Alexander, Sazanov Dmytri, Zharova Nina. Investigation of interference quantum effects on Zeeman transitions in Nd3+:LaF3 crystal // Proceedings of III International Conference УFrontiers of Nonlinear Physics 2007Ф, P. 201-248*. Akhmedzhanov R.A., Arinin V.V., Gushchin L.A., Kapitonov A.N., Sadykov E.K., Vagizov F.G., Zelensky I.V., Zharova N.A.. Coherent RF mixing and quantum interference in resosnant fluorescence of light on atomic states // Proceedings of III International Conference УFrontiers of Nonlinear Physics 2007Ф, P. 196-149*. Akhmedzhanov R., Gushchin L., Zelensky I., Litvak A, Tokman M.

Using coherent population trapping for magnetic field measurements in toroidal plasmas //Proceedings of III International Conference УFrontiers of Nonlinear Physics 2007Ф, P. 216-250*. Akhmedzhanov R.A., Gushchin L.A., Zelensky I.V., Litvak A.G., Tokman M.D. Using coherent population trapping in test atoms for magnetic field measurements in toroidal plasmas //Physics of plasmas, 2007, V.14, 0935(1-9).

51*. Anisimov P., Kocharovskaya O., Gushchin L., Bondartsev A., Akhmedzhanov R. EIT and coherent suppression of ESA in Nd:LaF3 //Workshop on the Storage and Manipulation of Quantum Information in Optically-Addressed Solids. January 25-27, 2008 Bozeman, Montana, P.52*. Аринин В.В., Ахмеджанов Р.А., Вагизов Ф.Г, Гущин Л.А., Жарова Н.А., Капитонов А.Н., Садыков Э.К. Резонансная флуоресценция света на атомных состояниях: эффекты квантовой интерференции //Ученые записки Казанского государственного университета. Физико-математические науки, 2008, Т.150, Кн.2, С.51-53*. Anisimov P., Akhmedzhanov R., Bondartsev A., Gushchin L., Zharova N., Kocharovskaya O. Measurement of the ion pair interaction in Nd3+:LaFusing electromagnetically induced transparency //Book of abstr. 17th International Laser Physics Workshop, June 30-July 4, 2008, Trondheim, Norway, P.54*. Anisimov P., OТBrien R.C., Kuznetsova E., Vagizov F., Akhmedzhanov R., Radeonychev Y., Kocharovskaya O. Coherent control of the atomic optical and nuclear gamma-ray transitions in solids //Book of abstr. 17th International Laser Physics Workshop, June 30-July 4, 2008, Trondheim, Norway, P.55*. Akhmedzhanov R.A., Bondartsev A.A., Gushchin L.A., Ovanesyan K.L., Petrosyan A.G., Shirinyan G.O., Zharova N.A. Electromagnetically induced transparency based spectroscopy of ion-ion interaction in solids //Proceedings of International Symposium "Topical problems of nonlinear wave physics". 20-July, 2008, Nizhny Novgorod, Russia, P.108-156*. Ахмеджанов Р.А., Бондарцев А.А., Гущин Л.А. Использование электромагнитно индуцированной прозрачности для спектроскопии ионных пар Nd3+- Nd3+ в кристалле LaF3 //Труды международного оптического конгресса Оптика ХХI век, Санкт-Петербург, 20-25 октября 2008 г., С.26-57*. Akhmedzhanov Rinat, Bondartsev Alexander, Chernov Valerii, Kocharovskaya Olga. Double optical resonance spectroscopy of the Nd3+ ion pairs in LaF3 crystal //J.Lumin., 2009, doi:10.1016/j.jlumin.2009.12.058*. Ахмеджанов Р.А., Бондарцев А.А., Гущин Л.А., Чернов В.В. Лазерная спектроскопия ионов Nd3+ в кристалле LaF3 // Труды VI Международной конференции молодых ученых и специалистов Оптика - 2009, 19-23 октября 2009, Россия, Санкт-Петербург, C.48-59*. Anisimov P., OТBrien C., Gao S-Y., Akhmedzhanov R., Bondartsev A., Gushchin L., Radeonychev Y., Polovinkin V., and Kocharovskaya O. New regimes and applications of quantum coherence effects in solids //Book of abstracts of 18th International Laser Physics Workshop, July 13-17, 2009, Barselona, Spain, P. 60*. Akhmedzhanov R., Bondartsev A., Chernov V., Gushchin L., Kocharovskaya O. Coherent suppression of excited state absorption and EIT at the ion pairs transitions in Nd3+:LaF3 crystal //Book of abstracts of 18th International Laser Physics Workshop, July 13-17, 2009, Barselona, Spain, P. Список цитированной литературы 1. Harris S.J. Intracavity laser spectroscopy: an old field with new prospects combusion diagnostics //Appl. Opt., 1984, V.23, N9, P. 1311-132. Лукьяненко С.Ф., Макогон М.М., Синица Л.Н. Внутрирезонаторная лазерная спектроскопия: основы метода и применения. Новосибирск: Наука, 1985, 121 с.

3. Wood R.W., and Ellet A. On the influence of magnetic fields on the polarization of resonance radiation //Proc. R. Soc. London Ser. A, 1923, V.103, P.396-44. Hanle W. Uber magnetische Beeinflussung der Polarisation der Resonanz Fluoreszens // Z. Phys.1924,Bd 30, S.93.

5. Александров Е.Б. Квантовые биения резонансной люминесценции при возбуждении модулированным светом // Опт. и спектр., 1963, Т.14, С.

436-46. Fano U. Effects of configuration interaction on intensities and phase shifts //Phys. Rev., 1961, V.124, P.1866 - 187. Александров Е.Б., Хвостенко Г.И., Чайка М.П. Интерференция атомных состояний. М.: Наука, 1991, 255 с.

8. Кочаровская О.А., Ханин Я.И. Когерентное усиление ультракороткого импульса в трехуровневой среде без инверсии населенностей //Письма в ЖЭТФ, 1988, Т. 48, Вып.11, С.581-59. Hau L.V., Harris S.E., Dutton Z. and Behroozi C.H. Light speed reduction to 17 metres per second in an ultracold atomic gas //Nature, 1999, V.397, P.594-510. Liu C., Dutton Z., Behroozi C.H. and Hau L.V. Observation of coherent optical information storage in an atomic medium using halted light pulse //Nature, 2001, V.409, P.490-411. Braje D.A., Balic V., Goda S., Yin G.Y., and Harris S.E. Frequency mixing using electromagnetically induced transparency in cold atoms //Phys.

Rev. Lett., 2004, V.93, P.183601 (1-4) 12. Akhmedzhanov R.A., Gushchin L.A., Zelensky I.V., Litvak A.G., Tokman M.D. Using coherent population trapping in test atoms for magnetic field measurements in toroidal plasmas //Physics of plasmas, 2007, V.14, P.093513. Kocharovskaya O., Kolesov R., Rostovtsev Yu. Coherent optical control of Mossbauer Spectra. //Phys. Rev. Lett. 1999. V. 82. P. 3593Ц3514. Зверев Г.М., Голляев Ю.Д. Лазеры на кристаллах и их применение.

М.: Рикел, Радио и связь, 1994, 312 с.

15. Auzel F. Up-conversion in RE-doped Solids //In Spectroscopic Properties of Rare Earths in Optical materials, eds. G.Liu and B.Jacquier, Springer, Tsinghua University Press, 2005, P.266-316. Y.C.Sun. Rare Earth Materials in Optical storage and Data Processing Applications //In Spectroscopic Properties of Rare Earths in Optical materials, eds. G.Liu and B.Jacquier, Springer, Tsinghua University Press, 2005, P.379-417. Архипов М.В., Жиглинский А.Г., Павлов С.В., Рязанов Н.С. Эффект ненасыщающегося лазерного внутрирезонаторного увеличения угла поворота плоскости поляризации оптически активным веществом //Оптика и спектроскопия, 1985, Т.59, Вып.2, С.452-418. Akhmedzhanov R., Zelensky I., Kolesov R., Kuznetsova E. Magnetic field diagnostics in plasma based on coherent population trapping: theory and experiment //Phys. Rev. E., 2004, V.69, P. 036419. Jaspers R., Elzendoorn B.S.Q., Donne A.J.H., Soetens T. Spectra polarimetry of the motional Stark effect at TEXTOR-94 //Review of Scientific Instruments, 2001, V.72, P.1018-1020. Садыков Э.К., Аринин В.В., Вагизов Ф.Г. Квантовая интерференция в спектрах мессбауэровского рассеяния //Письма в ЖЭТФ, 2005, Т.82, Вып.7, С. 484-4 Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по физике