Возбуждение атомов свинца в ридберговские состояния

Исследуются методы селективного возбуждения атомов свинца в ридберговские состояния лазерным излучением. Возбуждения в nP состояния с разрешением тонкой структуры переходов осуществлены в две ступени: 6p2 → 6p7s[1/2,1/2]₁ → nP{ [1/2,1/2]₁, [1/2,1/2]₀ , [1/2,3/2]₁, [1/2,3/2]₂} в диапазоне изменений г...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автори:	Дюбко, С.Ф., Погребняк, Н.Л., Куценко, А.С., Перепечай, М.П.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Радіоастрономічний інститут НАН України 2011
Назва видання:	Радиофизика и радиоастрономия
Теми:	Радиоспектроскопия
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98497
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Возбуждение атомов свинца в ридберговские состояния / С.Ф. Дюбко, Н.Л. Погребняк, А.С. Куценко, М.П. Перепечай // Радиофизика и радиоастрономия. — 2011. — Т. 16, № 3. — С. 306-312. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-98497
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-984972025-02-09T14:01:51Z Возбуждение атомов свинца в ридберговские состояния Збудження атомів свинцю в рідбергівскі стани Excitation of Lead Atoms to Rydberg States Дюбко, С.Ф. Погребняк, Н.Л. Куценко, А.С. Перепечай, М.П. Радиоспектроскопия Исследуются методы селективного возбуждения атомов свинца в ридберговские состояния лазерным излучением. Возбуждения в nP состояния с разрешением тонкой структуры переходов осуществлены в две ступени: 6p2 → 6p7s[1/2,1/2]₁ → nP{ [1/2,1/2]₁, [1/2,1/2]₀ , [1/2,3/2]₁, [1/2,3/2]₂} в диапазоне изменений главного квантового числа n = 30÷75. Впервые предложена и реализована схема получения атомов Pb1 в nS и nD ридберговских состояниях путем трехступенчатого возбуждения, базирующаяся на случайном совпадении частоты перехода второй ступени возбуждения 6p7s[1/2,1/2]₁ → 6p7p[1/2,3/2]₁ с частотой основного излучения YAG : Nd³⁺ лазера. Досліджуються методи селективного збудження атомів свинцю в рідбергівські стани лазерним випромінюванням. Збудження в nP стани з розрізненням тонкої структури переходів здійснено двома ступенями: 6p2 → 6p7s[1/2,1/2]₁ → nP{ [1/2,1/2]₁, [1/2,1/2]₀ , [1/2,3/2]₁, [1/2,3/2]₂} в діапазоні зміни головного квантового числа n = 30÷75. Вперше запропоновано і реалізовано схему отримання атомів Pb1 в nS та nD рідбергівських станах шляхом триступінчатого збудження, яка базується на випадковому збігові частоти переходу другого ступеня збудження p7s[1/2,1/2]₁ → 6p7p[1/2,3/2]₁ з частотою основного випромінювання YAG : Nd³⁺ лазера. The techniques of selective laser excitation of lead atoms to Rydberg states are investigated experimentally. In the principle quantum number range n = ÷ 30 75, an excitation to nP states with fine structure resolution was performed in two steps: 6p2 → 6p7s[1/2,1/2]₁ → nP{ [1/2,1/2]₁, [1/2,1/2]₀ , [1/2,3/2]₁, [1/2,3/2]₂} A three step scheme of PbI atom excitation to nS and nD Rydberg states has been first proposed and implemented, the scheme being based on an accidental coincidence of the second excitation step 6p7s[1/2,1/2]₁ → 6p7p[1/2,3/2]₁ with the YAG: Nd³⁺ laser radiation basic frequency. Работа выполнена при поддержке совместного проекта РФФИ – ГФФИ Украины (№ 09-02-90427 – № Ф28.2/023), а также гранта РФФИ № 10-02-00133. Авторы признательны партнеру по совместной работе – руководителю российской исследовательской группы. И. И. Рябцеву, за помощь и поддержку в ходе выполнения работы. 2011 Article Возбуждение атомов свинца в ридберговские состояния / С.Ф. Дюбко, Н.Л. Погребняк, А.С. Куценко, М.П. Перепечай // Радиофизика и радиоастрономия. — 2011. — Т. 16, № 3. — С. 306-312. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1027-9636 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98497 539.1.078; 539.184 ru Радиофизика и радиоастрономия application/pdf Радіоастрономічний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Радиоспектроскопия Радиоспектроскопия
spellingShingle	Радиоспектроскопия Радиоспектроскопия Дюбко, С.Ф. Погребняк, Н.Л. Куценко, А.С. Перепечай, М.П. Возбуждение атомов свинца в ридберговские состояния Радиофизика и радиоастрономия
description	Исследуются методы селективного возбуждения атомов свинца в ридберговские состояния лазерным излучением. Возбуждения в nP состояния с разрешением тонкой структуры переходов осуществлены в две ступени: 6p2 → 6p7s[1/2,1/2]₁ → nP{ [1/2,1/2]₁, [1/2,1/2]₀ , [1/2,3/2]₁, [1/2,3/2]₂} в диапазоне изменений главного квантового числа n = 30÷75. Впервые предложена и реализована схема получения атомов Pb1 в nS и nD ридберговских состояниях путем трехступенчатого возбуждения, базирующаяся на случайном совпадении частоты перехода второй ступени возбуждения 6p7s[1/2,1/2]₁ → 6p7p[1/2,3/2]₁ с частотой основного излучения YAG : Nd³⁺ лазера.
format	Article
author	Дюбко, С.Ф. Погребняк, Н.Л. Куценко, А.С. Перепечай, М.П.
author_facet	Дюбко, С.Ф. Погребняк, Н.Л. Куценко, А.С. Перепечай, М.П.
author_sort	Дюбко, С.Ф.
title	Возбуждение атомов свинца в ридберговские состояния
title_short	Возбуждение атомов свинца в ридберговские состояния
title_full	Возбуждение атомов свинца в ридберговские состояния
title_fullStr	Возбуждение атомов свинца в ридберговские состояния
title_full_unstemmed	Возбуждение атомов свинца в ридберговские состояния
title_sort	возбуждение атомов свинца в ридберговские состояния
publisher	Радіоастрономічний інститут НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Радиоспектроскопия
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98497
citation_txt	Возбуждение атомов свинца в ридберговские состояния / С.Ф. Дюбко, Н.Л. Погребняк, А.С. Куценко, М.П. Перепечай // Радиофизика и радиоастрономия. — 2011. — Т. 16, № 3. — С. 306-312. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Радиофизика и радиоастрономия
work_keys_str_mv	AT dûbkosf vozbuždenieatomovsvincavridbergovskiesostoâniâ AT pogrebnâknl vozbuždenieatomovsvincavridbergovskiesostoâniâ AT kucenkoas vozbuždenieatomovsvincavridbergovskiesostoâniâ AT perepečajmp vozbuždenieatomovsvincavridbergovskiesostoâniâ AT dûbkosf zbudžennâatomívsvincûvrídbergívskístani AT pogrebnâknl zbudžennâatomívsvincûvrídbergívskístani AT kucenkoas zbudžennâatomívsvincûvrídbergívskístani AT perepečajmp zbudžennâatomívsvincûvrídbergívskístani AT dûbkosf excitationofleadatomstorydbergstates AT pogrebnâknl excitationofleadatomstorydbergstates AT kucenkoas excitationofleadatomstorydbergstates AT perepečajmp excitationofleadatomstorydbergstates
first_indexed	2025-11-26T15:13:34Z
last_indexed	2025-11-26T15:13:34Z
_version_	1849866342982746112
fulltext	Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №3, с. 306-312 ISSN 1027-9636 © С. Ф. Дюбко, Н. Л. Погребняк, А. С. Куценко, М. П. Перепечай, 2011 УДК 539.1.078; 539.184 Возбуждение атомов свинца в ридберговские состояния С. Ф. Дюбко, Н. Л. Погребняк, А. С. Куценко, М. П. Перепечай Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, пл. Свободы, 4, г. Харьков, 61022, Украина E-mail: Stanislav.F.Dyubko@univer.kharkov.ua Статья поступила в редакцию 11 марта 2011 г. Исследуются методы селективного возбуждения атомов свинца в ридберговские состояния лазер- ным излучением. Возбуждения в nP состояния с разрешением тонкой структуры переходов осуществ- лены в две ступени: { }1 1 0 1 26 2 6 7 [1 2,1 2] [1 2,1 2] , [1 2,1 2] , [1 2,3 2] , [1 2,3 2]p p s nP→ → в диапа- зоне изменений главного квантового числа 30 75.n = ÷ Впервые предложена и реализована схема получения атомов Pb1 в nS и nD ридберговских состояниях путем трехступенчатого возбуждения, базирующаяся на случайном совпадении частоты перехода второй ступени возбуждения 1 16 7 [1 2,1 2] 6 7 [1 2,3 2]p s p p→ с частотой основного излучения 3YAG : Nd + лазера. Ключевые слова: свинец, ридберговский атом, возбужденные состояния, лазерное возбуждение, частота перехода, потенциал ионизации 1. Введение Широкая распространенность тяжелых хи- мических элементов, в частности свинца, была выявлена в отдаленных звездах нашей Галак- тики [1]. Астрономические наблюдения пока- зывают, что все “свинцовые звезды” являются членами бинарных звездных систем, обогащен- ных свинцом больше, чем любым другим хи- мическим элементом тяжелее железа. Количество свинца, добываемого на нашей планете, беспрерывно возрастает. Сегодня го- довая добыча составляет 5 млн т. Основная масса добытого свинца используется для изго- товления аккумуляторных пластин, зарядов и антидетонатора – тетраэтилсвинца. Свинец и его соединения ядовиты, однако от- казаться от него человечество пока не может. Свинцовое загрязнение приобрело в XX столе- тии глобальный характер. Даже в снегах Грен- ландии его содержание за сто лет увеличилось в пять раз, а в центрах больших городов, в почве и растениях, свинца в 25 раз больше, чем на окраинах. Каждый год в Мировой океан со сточными водами попадает больше полумил- лиона тонн этого ядовитого металла. Безуслов- но, актуальной является задача мониторинга содержания свинца в воде, почве, растениях и продуктах питания. Целесообразность исполь- зования для этих целей сверхчувствительных анализаторов примесей, базирующихся на свойст- вах атомов в ридберговских состояниях, не вызывает сомнений. Новые результаты в об- ласти спектроскопии ридберговских атомов свинца имеют ценность для радиоастрономии и фундаментальных исследований в области физики многоэлектронных атомов. Постановка любых экспериментов с ридбер- говскими атомами начинается с решения проб- лемы получения их из атомов, находящихся обычно в основном состоянии. Идеальным считается такое решение, при котором в задан- ной области пространства хотя бы на некото- рое время появляются атомы в возбужденном состоянии с заданным набором квантовых чи- сел – n, L, J, S – и в минимальном количестве атомы в других состояниях с близкой энергией, а также ионы и свободные электроны. Для каждого атома можно предложить ряд спо- собов перевода в заданные ридберговские состояния. Несомненно, лучшим способом ре- шения проблемы является применение для воз- буждения атомов узкополосного лазерного из- Возбуждение атомов свинца в ридберговские состояния 307Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №3 лучения, частота которого резонансна частоте переходов атома в те или другие возбужден- ные состояния. Самую высокую селективность возбуждения обеспечивают многоступенчатые схемы, но они же являются и наиболее дороги- ми и сложными в настройке. При решении кон- кретных задач число ступеней обычно выби- рают в диапазоне 1–4. Проблема возбуждения атомов с высоким потенциалом ионизации усложняется тем, что в первой ступени воз- буждения необходимо использовать перест- раиваемое узкополосное излучение, лежащее в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне длин волн, получение которого представляет самостоя- тельную проблему. Чтобы обойти эти труд- ности, предлагаются схемы возбуждения атомов с высоколежащих метастабильных состояний. Но и такой подход имеет очевидные недостатки. Нами предложены и испытаны схемы перево- да атомов свинца из основного в ридберговс- кие состояния. В этих схемах все необходимые частоты резонансных излучений получены пу- тем преобразования инфракрасного (ИК) излу- чения доступного 3YAG : Nd + лазера с помо- щью лазеров на красителях и нелинейных опти- ческих кристаллах. 2. Общая характеристика атома свинца с позиций атомной физики Свинец имеет ряд стабильных изотопов: 204Pb (1.4 %), 206Pb (24.1 %), 207Pb (22.1 %) и 208Pb (52.4 %). Последние три нуклида – конечные продукты обычных радиоактивных преобразований урана, актиния и тория. Кроме того, известно также больше 20 радиоактив- ных изотопов свинца, из которых наиболее дол- гоживущим является 202Pb с периодом полу- распада 300 тыс. лет. В земной коре свинца немного, лишь 0.0016 % от общей массы. Это один из наиболее тяжелых металлов, распрос- траненный значительно шире, чем его ближай- шие соседи в периодической системе элемен- тов – золото, ртуть и висмут. Сверх заполненной 6s-подоболочки у атома свинца есть 2 эквивалентных р-электрона. Конфи- гурация 2np дает три терма – 3 0,1,2,P 1 2 ,D 1 0.S Основным термом является терм максималь- ной мультиплетности, т. е. 36 .JP Поскольку в данном случае р-оболочка заполнена менее чем наполовину, уровни 0, 1, 2J = расположе- ны в нормальном порядке, т. е. ниже всех ле- жит уровень 0.J = Термы 1D и 1 0S распо- ложены намного выше основного состояния и являются метастабильными. Дипольные пе- реходы между 1 2 ,D 1 0S и основным термом запрещены правилами отбора по четности. В атомах с двумя эквивалентными р-электрона- ми возможны возбуждения или одного из р-элек- тронов, или одного из s-электронов. В первом случае имеем конфигурации типа 26 6 1s pn – синглетные и триплетные термы, во втором – конфигурации типа 26 6 1s p n (синглетные, трип- летные и квинтетные термы). Таким образом, количество рядов термов будет существенно больше, чем в атомах с одним s-электроном, так как теперь для каждой электронной конфи- гурации будет получаться ряд термов, что вид- но на упрощенной энергетической диаграмме атома Рb1 на рис. 1. Оптические спектры по- глощения свинца, в том числе и в УФ диапазоне, в период 1960–1980 гг. изучались авторами ряда работ [2-4], а накопленные данные системати- зированы в [5]. Потенциал ионизации Pb1 составляет 159819 см ,− поэтому для возбуждения его в ридберговские состояния нужны лазеры с пе- рестройкой частоты, работающие в УФ облас- ти спектра. Обычно такие лазеры весьма до- роги и практически недоступны. Поэтому в некоторых работах, например в [3], возбуж- дение атомов Pb1 осуществляли из метаста- бильного состояния 1 2D с энергией 121458 см− излучением второй гармоники лазера на краси- теле C-510 с перестройкой длины волны в обла- сти 510 550÷ нм. Таким образом удается по- лучить атомы в ридберговских ns, nd и ng состояниях. Проблема заключается в заселе- нии метастабильного состояния 1 2.D Дело в том, что термическое заселение метастабиль- ного состояния 1 2D даже при температурах ис- парения свинца близко к нулю. Для заметного заселения уровня 1 2D авторы работы [3] использовали дуговой электрический разряд вблизи отверстия разогретого контей- нера для выхода атомного пучка. В таком разряде, кроме нужных атомов в состоянии 1 2 ,D будут присутствовать атомы во многих других возбужденных состояниях, а также электроны и ионы, которые дают сильные ложные сигна- лы при детектировании ридберговскиех атомов наиболее чувствительным методом – методом С. Ф. Дюбко, Н. Л. Погребняк, А. С. Куценко, М. П. Перепечай Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №3308 ионизации импульсным электрическим полем. Поэтому мы выбрали методы возбуждения атомов в ридберговские состояния прямо из основного уровня 3 06 P путем каскадного воз- буждения резонансным излучением. Ниже предс- тавлены результаты наших исследований. 3. Эксперименты и их анализ 3.1. Возбуждение атома свинца в nP ридберговские состояния В свое время была проведена большая рабо- та, связанная с поиском оптимальных путей перевода в ридберговские состояния любых эле- ментов таблицы Менделеева. Ее итоги представ- лены в таблице под названием “Схемы резо- нансной ступенчатой ионизации атомов” в моно- графии В. С. Летохова [6]. Интересно отметить, что в таблице отсутствуют соответствующие рекомендации по элементам 4-й группы. Объяс- няется это тем, что для возбуждения самых легких элементов этой группы (углерод и крем- ний) пришлось бы рекомендовать применение недоступных источников коротковолнового УФ излучения. Этим же объясняется и отсутствие до сих пор работ по лабораторным исследова- ниям указанных атомов в ридберговских сос- тояниях. С увеличением веса элементов 4-й группы указанные трудности постепенно сни- жаются. В частности, становится вполне дос- тупным для исследований обычными методами самый тяжелый элемент группы – свинец. В качестве одного из возможных вариантов нами предложена и реализована двухступенча- тая схема возбуждения триплетных nP состоя- ний атомов Pb1. Первый каскад возбуждения из основного состояния 6 2p p в состояние 6 7p s представляет собой резонансный пере- ход с длиной волны 283 нм, а второй каскад обеспечивает переход в заданные nP ридбер- говские состояния интенсивным когерентным излучением с перестройкой частоты в диапазо- не длин волн 405 415÷ нм. Для возбуждения первого уровня исполь- зовалась вторая гармоника лазера на красите- ле R-6G с перестройкой частоты. Излучение второго каскада возбуждения получено путем сложения в нелинейном кристалле частот ос- новного излучения 3YAG : Nd + лазера и лазера на красителе Ох-17, частота которого перестра- ивается в диапазоне длин волн 660 680÷ нм. Для генерации второй гармоники и смешивания частот применялись кристаллы KDP. Энергия импульсов УФ излучения первого каскада – 150 мкДж, энергия импульсов излучения второ- го каскада – 100 300÷ мкДж, продолжитель- ность импульсов – 20 нс, частота повторения – 10 20÷ Гц. Схема оптической лазерной сис- Рис. 1. Упрощенная энергетическая диаграмма атома свинца с указанными переходами для возбуждения в ридберговские состояния Возбуждение атомов свинца в ридберговские состояния 309Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №3 темы возбуждения в nP состояния показана на рис. 2. Регистрация ридберговских атомов прово- дится методом полевой ионизации. Пучок ато- мов формируется системой диафрагм и направ- ляется в область пространства между двумя параллельными полированными пластинами, образующими плоский конденсатор. За одной из пластин, имеющей электрический контакт с корпусом ионизационной камеры, а также мно- жество отверстий диаметром 0.5 мм в цент- ральной области, установлен вторично-элект- ронный умножитель (ВЭУ). Входное окно ВЭУ расположено напротив области пластины с от- верстиями. Вторая пластина ионизационной ячейки также имеет нулевой потенциал, но до- пускает подачу короткого (~1 мкс) импульса напряжением до 1024 В отрицательной поляр- ности от специального генератора. Перпенди- кулярно к оси пучка атомов в пространство между пластинами вводится лазерное излуче- ние системы возбуждения через оптическое окно камеры. Пучки лазерного излучения со- вмещаются в области взаимодействия с ато- мами, и результатом взаимодействия становит- ся образование облака возбужденных ридбер- говских состояний атомов свинца с наперед заданным главным квантовым числом. Через короткий промежуток времени ( 0.5> мкс), ко- торый может изменяться, после окончания дей- ствия лазерного излучения возбуждения на вто- рую пластину подается импульс ионизации. В результате воздействия приложенного элект- рического поля ридберговские атомы ионизи- руются, электроны устремляются в направле- нии пластины с отверстиями, и часть из них достигает ВЭУ, вызывая импульс тока, пропор- циональный числу образовавшихся методом полевой ионизации атомов. Более детальное описание устройства и работы используемого спектрометра можно найти в [7]. Источник пучка атомов свинца представ- ляет собой полый стальной цилиндр с дном и небольшим отверстием в верхней крышке для выхода атомов. Цилиндр подогревается молиб- деновой спиралью с алундовой изоляцией Рис. 2. Схема оптической части спектрометра для исследований nР состояний атомов свинца С. Ф. Дюбко, Н. Л. Погребняк, А. С. Куценко, М. П. Перепечай Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №3310 до температуры 800 1100 C,÷ ° температура контролируется термопарой. Источник пучка атомов находится на расстоянии 15∼ см от ионизационной камеры. На расстоянии 30 мм от выходного отверстия располагается диафраг- ма с отверстием диаметром 0.8 мм. Источник пучка атомов, коллимирующие диафрагмы, иони- зационная ячейка, ВЭУ смонтированы в ва- куумной камере, где давление остаточных газов в экспериментах снижается до 610 мм рт. ст.− В первых экспериментах по резонансному оптическому возбуждению атомов Pb1 в рид- берговские состояния возникла проблема помех при введении в камеру УФ излучения первой ступени возбуждения. Причина – появление электронов в камере при рассеянии квантов УФ излучения на ее металлических частях. Помеха была очень сильная, по величине срав- нимая с полезным сигналом. Изменение конст- рукции камеры и материала стенок практичес- ки ничего не дало. Устранить помеху удалось подачей на пластины ионизационной камеры положительного импульса амплитудой 3 10÷ В. Продолжительность этого импульса состав- ляла 0.5 мкс, а начало воздействия предше- ствовало моменту появления лазерного возбуж- дения в камере. Только после этой доработки удалось получить хорошего качества оптичес- кие спектры возбуждения атомов Pb1. Фрагмент такой записи показан на рис. 3. В диапазоне главного квантового числа 30 70n = ÷ с хорошим соотношением сигнал/шум прописа- ны резонансы переходов указанного на рисунке типа. Запись получена при изменении частоты “красного” лазера путем поворота его дифрак- ционной решетки двигателем с замедляющим редуктором. Заметное несовершенство записи спектра объясняется временной неравномер- ностью угла поворота решетки, вибрациями от двигателя и флюктуациями частоты лазера. Для резонансов с 50n < видна тонкая структу- ра переходов. Переходы идентифицированы по n путем измерения критической напряжен- ности ионизации для ряда резонансов. Измерено время жизни атомов в ридберговских состоя- ниях с 45.n = Оценка времени жизни осущест- влялась путем записи величины ионного тока при плавном введении задержки между лазерным импульсом и импульсом ионизации. Значение тока уменьшалось в два раза при задержке им- пульса ионизации 6 8÷ мкс. Влияние столкно- вений атомов в ридберговском состоянии с мо- лекулами остаточных газов и поверхностью ионизационных пластин, а также воздействие ИК излучения раскаленной печи источника атомов на уменьшение времени жизни не ис- следовались. Но наблюдаемое в наших экспериментах время жизни атомов позволяет рассчитывать на получение довольно узких микроволновых ре- зонансов. В числе главных проблем, которые бу- дут влиять на качество записей микроволновых резонансов, является обнаруженная слабая кру- тизна ионного тока как функции напряженности ионизирующего поля. Даже при уменьшении на- пряженности поля до уровня заметно ниже крити- ческого наблюдается значительный (30 50 %)÷ ионный ток каналотрона. На величину этого тока влияет остаточное давление газов в камере. Применение азотной ловушки снижает остаточ- ный ток, но не более чем в два раза. 3.2. Возбуждение атома свинца в nS и nD ридберговские состояния Нами предложен и реализован упрощенный способ перевода атомов свинца в nS и nD рид- берговские состояния путем 3-ступенчатого воз- буждения. Особенность такого способа возбуж- дения состоит в том, что он позволяет восполь- зоваться случайным совпадением частоты пере- хода 1 16 7 [1 2,1 2] 6 7 [1 2,3 2]p s p p→ и час- тоты генерации 3YAG : Nd + лазера. Частота этого перехода составляет 19387.76 см− [2], а частота генерации 3YAG : Nd + лазера при- близительно равняется 19397 см .− Небольшое расхождение частот можно легко компенсиро- вать мощностью резонансного излучения. Таким образом, переход атомов из основно- го состояния в ридберговские можно осущест- вить по схеме: Рис. 3. Фрагмент записи спектра возбуждения ато- мов свинца в nР состояния Возбуждение атомов свинца в ридберговские состояния 311Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №3 В такой схеме возбуждения применяются по- каскадно три вида излучения с длинами волн 1 283λ = нм, 2 1064λ = нм и 3 610 680λ = ÷ нм соответственно. В последнем каскаде нужно применять лазер с перестройкой длины волны на красителе DCM. Оптическая схема возбуж- дения спектрометра для исследований атомов свинца в nS и nD состояниях показана на рис. 4. Уникальность этой схемы возбуждения атомов в том, что здесь не нужен отдельный лазер с под- стройкой частоты для второго каскада накачки. Запись зависимости ионного тока при резо- нансной настройке первых двух каскадов воз- буждения и перестройке частоты лазера тре- тьей ступени показана на рис. 5. 4. Выводы 1. Предложены и испытаны эффективные спо- собы получения ридберговских атомов свинца в nP, nS и nD состояниях, которые базируются на использовании излучения 3YAG : Nd + лазера. 2. Предложен и реализован упрощенный ме- тод перевода атомов свинца в nS и nD ридбер- говские состояния путем 3-ступенчатого возбуж- дения. Особенность этого метода состоит в том, Рис. 4. Схема оптической части спектрометра для исследований nS и nD состояний атомов свинца 31 2 0 1 0 1 1 2 2 1 6 [1 2,1 2] 6 [1 2,1 2] 6 2[1 2,1 2] 6 7 [1 2,1 2] 6 7 [1 2,3 2] 6 [1 2,5 2] 6 [1 2,3 2] 6 [1 2,3 2] pnS pnS p p s p p pnD pnD pnD λλ λ → → → С. Ф. Дюбко, Н. Л. Погребняк, А. С. Куценко, М. П. Перепечай Радиофизика и радиоастрономия, 2011, т. 16, №3312 что в такой схеме используется случайное совпадение частоты перехода атомов свинца 1 16 7 [1 2,1 2] 6 7 [1 2,3 2]p s p p→ и частоты генерации 3YAG : Nd + лазера. 3. Записи тока ионизации при детектирова- нии атомов свинца в ридберговских nP, nS и nD состояниях и наблюдаемое в наших экспери- ментах значительное время их жизни дают ос- нование рассчитывать на получение узких мик- роволновых резонансов. В числе главных про- блем, которые влияют на возможности получе- ния качественных записей микроволновых резонансов, – слабая крутизна ионного тока, как функции ионизационной напряженности поля при ионизации nP-атомов. Причины этого явле- ния выясняются. При ионизации импульсным полем атомов в nS и nD состояниях такой про- блемы не существует. Работа выполнена при поддержке совместно- го проекта РФФИ – ГФФИ Украины (№ 09-02- 90427 – № Ф28.2/023), а также гранта РФФИ № 10-02-00133. Авторы признательны партнеру по совместной работе – руководителю российс- кой исследовательской группы. И. И. Рябцеву, за помощь и поддержку в ходе выполнения работы. Литература 1. Van Eck S., Goriely S., Jorissen A. and Plez B. Disco- very of three lead-rich stars // Nature. – 2001. – Vol. 412. – P. 793-795. 2. Wood David R. and Andew Kenneth L. Arc Spectrum of Lead // J. Opt. Soc. Am. – 1968. – Vol. 58, No. 6. – P. 818-828. 3. Вuch Р., Nellessen J., and Ertmer W. Laser Spectroscopic Studies of 6pnd, 6pns, and 6png Rydberg States of Lead // Physica Scripta. – 1988. – Vol. 38. – P. 664-669. Рис. 5. Фрагмент записи спектра возбуждения ато- мов свинца в nS и nD состояния 4. Brown C. M., Tilford S. G., and Ginter Marshall L. Absorption spectrum of PbI between 1350 and 2041 Å // J. Opt. Soc. Am. – 1977. – Vol. 67, Is. 9. – P. 1240-1252. 5. Fuhr J. R. and Wiese W. L. NIST Atomic Transition Probability Tables, CRC Handbook of Chemistry & Physics, 77th Edition, Ed. by D. R. Lide. – Boca Raton, FL: CRS Press, Inc., 1996. 6. Летохов В. С. Лазерная фотоионизационная спектро- скопия. – М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. – 320 с. 7. Дюбко С. Ф., Погребняк Н. Л., Алексеев Е. А., Ряб- цев И. И., Куценко А. С. Микроволновый спектрометр атомов в ридберговских состояниях // Радиофизика и радиоастрономия. – 2011. –Т. 16, № 2. – С. 198-208. Збудження атомів свинцю в рідбергівскі стани С. П. Дюбко, М. Л. Погребняк, О. С. Куценко, М. П. Перепечай Досліджуються методи селективного збуджен- ня атомів свинцю в рідбергівські стани лазерним випромінюванням. Збудження в nP стани з роз- різненням тонкої структури переходів здійснено двома ступенями: 16 2 6 7 [1 2,1 2]p p s nP→ → { }1 0 1 2[1 2,1 2] , [1 2,1 2] , [1 2,3 2] , [1 2,3 2] в діа - пазоні зміни головного квантового числа 30 75.n = ÷ Вперше запропоновано і реалізова- но схему отримання атомів Pb1 в nS та nD рідбергівських станах шляхом триступінчатого збудження, яка базується на випадковому збігові частоти переходу другого ступеня збудження 1 16 7 [1 2,1 2] 6 7 [1 2,3 2]p s p p→ з частотою основного випромінювання 3YAG : Nd + лазера. Excitation of Lead Atoms to Rydberg States S. F. Dyubko, N. L. Pogrebnyak, A. S. Kutsenko, and M. P. Perepechay The techniques of selective laser excitation of lead atoms to Rydberg states are investigated ex- perimentally. In the principle quantum number range 30 75,n = ÷ an excitation to nP states with fine structure resolution was performed in two steps: {1 1 06 2 6 7 [1 2,1 2] [1 2,1 2] , [1 2,1 2] ,p p s nP→ → }1 2[1 2,3 2] , [1 2,3 2] A three step scheme of PbI atom excitation to nS and nD Ryd- berg states has been first proposed and im- plemented, the scheme being based on an ac- cidental coincidence of the second excitation step 3 1 16 7 [1 2,1 2] 6 7 [1 2,3 2] with theYAG: Ndp s p p +→ laser radiation basic frequency.

Возбуждение атомов свинца в ридберговские состояния

Репозитарії

Схожі ресурси