Спектроскопия лазерная

Спектроскопия лазерная, раздел оптической спектроскопии, методы которой основаны на использовании лазерного излучения. Применение монохроматического излучения лазеров позволяет стимулировать квантовые переходы, между вполне определёнными уровнями энергии атомов и молекул (в спектроскопии, использующей нелазерные источники света, изучают спектры, возникающие в результате переходов между громадным числом квантовых состояний атомов и молекул).

  Первые серьёзные лазерные эксперименты в спектроскопии были осуществлены после создания достаточно мощных лазеров видимого диапазона, излучение которых имеет фиксированную частоту. Они были использованы для возбуждения спектров комбинационного рассеяния света. Принципиально новые возможности С. л. открылись с появлением лазеров с перестраиваемой частотой. С. л. позволила решить или приступить к решению важных задач, перед которыми спектроскопия обычных источников света практически бессильна.

  Высокая монохроматичность излучения лазеров с перестраиваемой частотой даёт возможность измерять истинную форму спектральных линий вещества, не искажённую аппаратной функцией спектрального прибора. Это особенно существенно для спектроскопии газов в инфракрасной области, где разрешение лучших промышленных приборов обычного типа составляет 0,1 см^-1, что в 100 раз превышает ширину узких спектральных линий (см. Ширина спектральных линий).

  Временная и пространственная когерентность лазерного излучения, лежащая в основе методов нелинейной С. л., позволяет изучать структуру спектральных линий, скрытую обычно доплеровским уширением, вызываемым тепловым движением частиц в газе.

  Благодаря высокой монохроматичности и когерентности излучение лазера переводит значительное число частиц из основного состояния в возбуждённое. Это повышает чувствительность регистрации атомов и молекул — в 1 см³ вещества удаётся регистрировать включения, состоящие из 10² атомов или 10¹⁰ молекул. Разрабатываются методы регистрации отдельных атомов и молекул.

  Короткие и ультракороткие лазерные импульсы дают возможность исследовать быстропротекающие (~10^-6—10^-12 сек) процессы возбуждения, девозбуждения и передачи возбуждения в веществе. С помощью импульсов направленного лазерного излучения можно исследовать спектры рассеяния и флуоресценции атомов и молекул в атмосфере на значительном расстоянии (~ 100 км) и получать информацию о её составе, а также осуществлять контроль загрязнения окружающей среды.

  Фокусируя лазерное излучение, можно исследовать состав малых количеств вещества (имеющих размеры порядка длины волны). Это успешно применяется в локальном эмиссионном спектральном анализе.

  Приборы, применяемые в С. л., принципиально отличаются от обычных спектральных приборов. В приборах, использующих лазеры с перестраиваемой частотой, отпадает необходимость в разложении излучения в спектр с помощью диспергирующих элементов (призм, дифракционных решёток), являющихся основной частью обычных спектральных приборов. Иногда в С. л. применяют приборы, в которых излучение разлагается в спектр с помощью нелинейных кристаллов (см. рис.(рисунок) 4 в ст. Нелинейная оптика).

  Лит.: Летохов В. С., Чеботаев В. П., Принципы нелинейной лазерной спектроскопии, М., 1975; Менке Г., Менке Л., Введение в лазерный эмиссионный микроспектральный анализ, пер.(перевод) с нем.(немецкий), М., 1968; Летохов B. C., Проблемы лазерной спектроскопии, «Успехи физических наук», 1976, т. 118, в. 2.

  В. С. Летохов.