|
1.2 Ikki bosqichli fotoionizatsiya jarayonining kinetikasi
Ko‘p bosqichli selektiv fotoionizatsiyalashning eng oddiy usuli- bu ikki bosqichli oraliq uyg‘ongan energetik sath orqali kontinuumga, ya’ni yalpi spektr sohasiga fotoionizatsiyalash hisoblanadi. Bu usulni juda takomillashgan optimal sxema deb bo‘lmasada, lekin birinchi muvaffaqiyatli tajriba rubidiy atomlari misolida o‘sha usul yordamida amalga oshirilgan.(1.2-rasm)
Atomlarni lazer nurlari yordamida selektiv fotoionizatsiyalash bir necha usullar bilan amalga oshiriladi, lekin ular asosan atomlarning oraliq kvant holatlariga bir yoki bir necha lazer nurlari yordamida o‘yg‘otiladi va keyin faqat uyg‘ongan atomlargina qo‘shimcha lazer nurlari, yoki elektr maydoni yordamida ionlashtiriladi. Biz bu jaroyonning kinetikasini qarab chiqamiz.
Faraz qilaylik, birinchi lazer nuri chastota bilan atomlarni asosiy birinchi sathdan, uyg‘ongan ikkinchi sathga o‘tkazsin. Bir vaqtning o‘zida chastotali ikkinchi lazer nuri faqat uyg‘ongan atomlarnigina fotoionizatsiyalashtirsin.
U holda
(1.1)
1.2-rasm. Ikki bosqichli fotoionizatsiyaning kinetikasi
- atomni ionlashtirish chegaraviy energiyasi.Uzluksiz lazer yordamida atomlarni birinchi energetik sathdan ikkinchi energetik sathga uyg‘otish tezligi quyidagicha aniqlanadi.
(1.2)
Bu erda
(1.3)
- radiatsion kvant o‘tishlarning ko‘ndalang kesma yuzasi.
- o‘yg‘otuvchi lazer nurining intensivligi (foton•sm-2•s-1).
- kvant o‘tishlar uchun Eynshteyn koeffitsenti.
- atomning tabiiy spektral kengligi.
Kvant o‘tishlarni energetik tuyintirish uchun quyidagi shart bajarilishi zarur.
(1.4)
-birinchi kvant o‘tishlarning to‘yinish intensivligi.
Agar bo‘lsa, u holda
(1.5)
Uzluksiz lazer nurlari yordamida atomlarni fotoionizatsiyalash tezligi
(1.6)
- fotoionizatsiyalashning ko‘ndalang kesma yuzasi.
Har bir uyg‘ongan atom ion holatga to‘liq o‘tish uchun ionlashtiruvchi lazer nurining intensivligi qo‘yidagi shartni qanoatlantirishi zarur.
(1.7)
Agar (1.4) ni hisobga olsak
(1.8)
yoki
(1.9)
(1.9) dan ko‘rinadiki, barcha uyg‘ongan atomlarni to‘liq ionlashtirish uchun o‘yg‘otuvchi lazer nuri intensivligi nisbatni qanoatlantirish kerak bo‘ladi.
Agar biz atomlarni uzluksiz nurlanishi emas, balki va vaqt davom etadigan lazer impulsiga ega bo‘lgan va atomlarning - radiatsion vaqtidan kichik bo‘lgan lazer impulslari bilan o‘yg‘otsak, u holda lazer nurlanishlarining energetik zichligi ( ) quyidagi shartlarni qanoatlantirishi zarur.
(1.10)
Hozirgacha qaralgan kinetika jarayonlarda atomlar zichligini (qatlamini) juda yuqori deb hisoblamadik. Optik jihatdan yupqa qatlam deb qaradik.
Agar atomlar qatlami zich bo‘lib, uyg‘otuvchi yoki ionlashtiruvchi lazer nurlari dastlabki qatlamda kuchli yutilsa (energetik to‘yinish yuz bermasa) unda bu tenglamada atomlar soni ( )ni hisobga olishga to‘g‘ri keladi.
Ikki bosqichli fotoionizatsiya jarayonining kinetikasini qaraganda atomlar zichligi hisobga olinadi: ya’ni u quyidagi shart orqali yoziladi.
(1.11)
- atomlar soni, - optik qatlam qalinligi.
Agar kvant o‘tishlarda energetik to‘yinish yuz bersa, u holda asosiy holatidagi barcha atomlar birinchi uyg‘ongan sathga chiqariladi va barcha uyg‘ongan atomlarning yarmi ion holatga o‘tadi, ya’ni bo‘ladi.
Bu sohadagi dastlabki tajriba 1971 yil Rossiya Fanlar Akademiyasining Spektroskopiya Instituti (ISAN)da prof. V.S. Letoxov rahbarligida rubidiy atomlari misolida amalga oshirilgan. Rubidiy atomlari tulqin uzunligi silliq o‘zgara oladigan lazer yordamida lazer nuri bilan oraliq sathga selektiv ravishda o‘yg‘otildi. Rubin lazerining ikkinchi garmonikasi yordamida uyg‘ongan atomlar ionlanish chegarasidan yuqorigacha (kontinuumgacha) chiqarilib, ionlashtirildi. Maxsus kamirada rubidiy atomlari ga qizdirildi va 10-3 mm. simob ustuniga teng bug‘ bosimi hosil qilindi. Tajriba natijasida rubidiy atomlariga tegishli quyidagi parametrlar aniqdandi.
atomi spektrining dopplercha kengligi
uyg‘otishning ko‘ndalang kesma yuzi
uyg‘ongan holatdan fotoionizatsiyalashning ko‘ndalang kesma yuzi
uyg‘ongan kvant holatning radiatsion vaqti
uyg‘otishni to‘yinish energiya zichligi
fotoionizatsiyalashning to‘yinish energiya zichligi
Bunday optimal sxema orqali rubidiy atomlarini fotoionizatsiyasi amalga oshirildi. Chunki, lazerning barcha parametrlari, rubidiy atomlarining to‘yinish qiymatidan yuqori edi.
Endi selektiv ravishda uyg‘otilgan atomlarni ionlashtirishning bir necha usullari bilan tanishamiz.
Ikki bosqichli fotoionizatsiya jarayonining kinetikasini optik jihatdan yupqa qatlamli atomlar uchun qarab chiqamiz. U holda (1.11) formula birinchi va ikkinchi bosqich o‘yg‘otishlar uchun quyidagi shartni qanoatlantirishi kerak.
(1.12)
Asosiy holatdagi atomlar soni , oraliq holatga o‘yg‘otilgan atomlar soni va ionlashgan atomlar soni deb olib, atomlarni o‘yg‘otish va ionlashtirish jarayonini quyidagi vaqtga bog‘liq bo‘lgan differensial tenglama orqali yozish mumkin:
(1.13)
Ushbu jarayonda energetik sathlarning multipletligini hisobga olmaymiz va barcha energetik sathlar yagona energetik sathdan iborat deb qaraymiz. (1.13) kinetik tenglama atomlar sistemasiga uzluksiz o‘yg‘otuvchi lazer ta’sir qilganda to‘g‘ri hisoblanadi.
U holda energetik sathlarning radiatsion vaqti teng.
Agar o‘yg‘otuvchi lazer nurning impulsini to‘g‘ri burchakli impuls shaklda deb qarab, ular ikkinchi lazer bilan sinxron ishlasa, fotoionizatsiya jarayonida hosil bo‘lgan ionlar soni quyidagicha aniqlanadi:
(1.14)
(1.14) formulada va lar mos ravishda quyidagiga teng.
(1.15)
(1.14) dagi nisbat va 0.18 qiymatlarda maksimumga erishadi.
Shunday qilib, fotoionizatsiya jarayonining vaqti
(1.16)
(1.16) formuladan ning maksimal qiymatiga bo‘lganda erishadi.
Demak, har bir uyg‘ongan atomning ion holatiga o‘tishi uchun quyidagi shart bajarilishi zarur:
yoki (1.17)
(1.17) dan shunday xulosa chiqadiki, barcha uyg‘ongan atomlar ion holatiga o‘tishi uchun ionlashtiruvchi lazer nurining intensivligi o‘yg‘otuvchi lazer nuri intensivligi dan taxminan marta katta bo‘lishi kerak.
Albatta biz, bu erda lazer nurlarining kogerentligi va energetik sathlarning multipletligini hisobga olmadik. Agar bu ikki faktorni hisobga olsak, tenglama ancha murakkablashadi.
Do'stlaringiz bilan baham: |
