ГЛАВА 2
ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
В настоящее время при исследовании быстропротекающих процессов в качестве
источников возбуждения используются лазерные системы, генерирующие импульсы
наносекундной, пикосекундной и фемтосекундной длительности [71-74]. На основе
этих систем построены разнообразные схемы спектрофлуориметров [71-74],
обладающих временным разрешением, ограниченным лишь длительностью используемых
лазерных импульсов. Таким образом, экспериментально стало доступным
исследование процессов, протекающих в твердых телах, молекулах, жидкостях и
плазме, развивающихся на временной шкале вплоть до десятков фемтосекунд [75].
Особенно широкое распространение получили лазерные системы, работающие по
принципу активной синхронизации продольных мод (АСМ) в непрерывно накачиваемых
лазерах [72]. По сравнению с импульсными [71] они обладают высокой временной и
амплитудной стабильностью, что позволяет получать предельно короткие лазерные
импульсы [73].
Для проведения экспериментальных исследований на базе монохроматора МДР?23 был
создан спектрофлуориметр (рис.2.1), включающий в себя: лазерный источник (на
основе лазера ЛГН-402) с системой синхронизации мод и системой селекции
лазерных импульсов, а также блок регистрации, работающий по принципу
коррелированного во времени счета единичных фотонов [25,76].
Управление спектрофлуориметром осуществлялось с помощью компьютера типа РС/АТ,
связанного через интерфейс с крейтом КАМАК. Созданная лазерная система обладает
значительной универсальностью, так как позволяет исследовать затухание свечения
молекул в диапазоне
0,3ё0,8 мкм (при использовании для генерации второй гармоники кристаллов ВВО) с
высоким временным разрешением - до 0,1 нс. Кроме того, выходные параметры
лазерной системы таковы, что позволяют осуществить синхронную накачку струйного
лазера на красителе и получать импульсы длительностью до 0,3 пс с перестройкой
по частоте [72,77].
Для регистрации спектров поглощения и люминесценции исследуемых молекул
использовалась часть спектрофлуориметра, а именно, монохроматор МДР-23 и
система управления монохроматором. В случае регистрации спектров поглощения и
спектров люминесценции при стационарном возбуждении использовался ФЭУ-100,
который работал в режиме счета отдельных фотонов. Последовательность
электрических импульсов с ФЭУ-100 регистрировалась электронным счетчиком
выполненым с стандарте КАМАК.
На созданном спектрофлуориметре были сняты спектры поглощения и люминесценции,
измерены времена затухания люминесценции исследуемых органических люминофоров в
различных растворителях, а также затухание анизотропии флуоресценции.
Остановимся на каждом из блоков спектрофлуориметра более подробно.
2.1. Источник пикосекундных импульсов
2.1.1. Система синхронизации мод. Для создания источника возбуждения был взят
серийный непрерывный лазер на ионах аргона ЛГН-402 с модифицированным активным
элементом и удлиненным резонатором.
Известно [78], что в плоскопараллельных резонаторах в условиях селекции
поперечных мод возможна лазерная генерация на N продольных модах (N>106).
Причем, при обычных условиях, фазы отмеченных выше продольных мод с течением
времени хаотически меняются, а фаза одной какой-либо выбранной моды Фi с
течением времени заполняет весь интервал [-p,p].
Ситуация изменяется кардинальным образом, если синхронизировать фазы N
продольных мод [78]. Можно записать это условие в виде:
Фn = NЧa + Ф0 (2.1)
где a - константа;
Ф0 - фаза некоторой моды, выбранной за центральную;
N меняется от -(N-1)/2 до (N-1)/2.
С учетом (2.1) напряженность электромагнитного поля в резонаторе как функция
времени запишется в виде:
(2.2)
где Е0 - константа;
dw - межмодовая частота (dw = сp/d, d - линейный размер резонатора);
w0, Ф0 - частота и фаза некоторой моды, выбранной за центральную.
В моменты времени, определяемые из (2.3), вклад всех мод в Е(t) максимален:
(dwЧtk+a)/2 = kp (2.3)
Из (2.3) можно найти временной интервал, разделяющий моменты, когда
напряженность электромагнитного поля Е(t) максимальна:
dT = 2p/dw, (dw = cp/d), dw =2d/c (2.4)
Этот временной интервал совпадает со временем, за которое световой импульс
полностью обходит резонатор. Физически это означает, что в резонаторе
существует один световой импульс, за время dT обходящий резонатор, причем
длительность импульса определяется шириной полосы усиления (dW = Ndw) и равна t
==2p/dW.
Для нашей системы dT = 10 нс, t ~ 0,2 нс.
Для реализации режима синхронизации мод в излучателе Ar+ лазера со стороны
анода был сделан срез и посажено выходное окно под углом Брюстера к оси трубки,
а зеркало отнесено на некоторое расстояние. Тем самым появилась возможность
ввести в резонатор модулирующий элемент. Глухое зеркало было укреплено на
микроподвижку, позволяющую плавно (с точностью ± 1 мкм) подстраивать длину
резонатора для согласования межмодовой частоты потерь, вносимых модулятором.
Для синхронизации продольных мод использовался акустооптический модулятор (АОМ)
МЛ-202, который осуществляет амплитудную модуляцию лазерного излучения на
межмодовой частоте за счет дифракции на стоячей звуковой волне. Питание
модулятора осуществлялось от стабилизированного источника гармонических
колебаний (использовалась кварцевая стабилизация) на частоте 50 Мгц с выходной
мощностью 0ё10 Вт. Для повышения эффективности модуляции на частоте 50 Мгц
модулятор помещался в специально разработанный активный термостат (регулируемый
диапазон температур 300Сё1000С, точность регулировки - 0,50С), позволяющий
производить температурную подстройку акустических резонансов и тем самым
изменять глубин
- Київ+380960830922