Терагерцовая спектрометрия высокого разрешения газов

• Автор: Собакинская, Екатерина Александровна
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 124 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Обзор литературы: методы и средства ТГц спектроскопии

1.1 Основные типы ТГц спектрометров и их характеристики

1.2 Результаты применения методов ТГц спектроскопии для

различных приложений

1.3 Выводы
Глава 2. Методики измерения характеристик физических сред с помощью ТГц спектроскопии высокого разрешения

2.1 Измерение времен релаксации молекул в газовой фазе

2.2 Исследование спектра паров промывочной жидкости (кустодиола)

2.3 Выводы
Глава 3. Анализ вращательного спектра молекул, адсорбированных на поверхности твердых тел
3.1 Введение
3.2 Спектральные характеристики адсорбированных молекул, находящихся под действием тепловых полей поверхности
3.3 Обсуждение результатов и выводы
Глава 4. Новые подходы к развитию методов спектроскопии высокого разрешения в ТГц диапазоне частот
4.1 Введение: основные требования к характеристикам ТГц спектрометров
для использования в различных приложениях
4.2 Повышение чувствительности с помощью применения техники
сверхзвуковых молекулярных пучков
4.3 Возможности использования источников квазишумовых сигналов
для реализации широкополосных спектрометров

4.4 Выводы
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Благодарности
Список публикаций
Приложение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Терагерцовая область (ТГц) охватывает диапазон частот от 0.3 до 10 ТГц (по утверждению некоторых авторов от 0,1 до 20 ТГц) и находится между инфракрасным и микроволновым областями электромагнитного спектра. В наиболее употребительных в спектроскопии терминах волновых чисел ТГц диапазон простирается от 3 см'1 до 300 см'1.
ТГц частотный диапазон является весьма перспективным для ряда приложений, и во всем мире прилагаются большие усилия по его освоению. Дело в том, что наиболее интенсивные переходы во вращательном спектре многих молекул, представляющих интерес для разных приложений, лежат в ТГц диапазоне. ТГц излучение не является ионизирующим и, следовательно, опасным для биологических объектов, как часто используемое рентгеновское, что позволяет применять его для анализа биологических объектов in vivo. Кроме того, электромагнитные волны этого диапазона могут проникать через стены, картон и могут быть использованы для анализа писем, книг и т.п. Поэтому существует достаточно большое количество новых возможностей применения ТГц излучения в научных исследованиях и в прикладных областях: фундаментальная спектроскопия, включая аналитическую, астрофизика, экология и мониторинг окружающей среды, анализ высокочистых веществ, медицина и биология, системы связи и безопасности и др.
Свойства ТГц излучения стимулировали активное освоение ТГц диапазона в научных центрах многих стран мира, что привело к созданию целой серии источников и приемников ТГц излучения. Сейчас в распоряжении специалистов имеются как генераторы когерентного излучения различной мощности, так и широкополосные, импульсные источники с длительностью импульса от нескольких периодов. Возможность регистрации сильных линий поглощения многих веществ в ТГц диапазоне способствовала развитию спектроскопических методов исследования. С использованием генераторов ТГц диапазона созданы несколько типов спектрометров, которые применяются для различных приложений. При этом наиболее распространенным типом ТГц спектрометра является прибор, основанный на квазиоптическом методе генерации и детектирования излучения с использованием в качестве источника фемтосекундного лазера. Такие спектрометры регистрируют протяженные картины спектров, но невысокое спектральное разрешение позволяет получать, в основном, демонстрационные (качественные) результаты. Дальнейшее продвижение в области фундаментальных исследований, связанных с изучением свойств веществ в ТГц диапазоне, и прикладных исследований, направленных на решении практических задач, напрямую связано с развитием ТГц спектроскопии высокого разрешения.

излучения в случае фазовой манипуляции микроволнового излучения с мощностью Ро и частотой соо-
Первая часть диаграммы при tto, наведенная поляризация распадается и система возвращается в первоначальное состояние.
Рис.2.1. Зависимость прошедшей мощности от времени в случае фазовой манипуляции микроволнового излучения. Р - прошедшая мощность, Ро - излучение падающее на ячейку с газом, ДР - поглощенная мощность, - момент переключение фазы, N - количество точек отсчета сигнала, - частота дискретизации сигнала, /- частота фазовой манипуляции [49].
Теперь покажем, как измеряемая в эксперименте излучаемая мощность связана с поглощаемой мощностью и, следовательно, с мнимой частью макроскопической поляризуемости (более подробно см. [85]). Пусть мощность, излучаемая генератором, и падающая на ячейку с газом, равна
Р0=К5£02 (2.10)
где Е - площадь поперечного сечения ячейки, К - коэффициент, связанный с выбором системы единиц. Тогда мощность, поглощаемая газом в ячейке, запишется как:
АР = - ЕІ) (2.11)
где Еі - амплитуда поля за ячейкой. Мощность, излучаемая газом после прекращения резонансного взаимодействия, запишем как:
Р2 = КБЕІ (2.12)