Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
Фарадея в твердых телах при гелиевых температурах в полях с Вт до 60 Тл.
Спектры флюоресценции Наблюдение спектров поглощения дает информацию о
разрешенных переходах из основного состояния в возбужденное. Измерения же
спектров флюоресценции позволяют получить сведения о переходах между
возбужденными состояниями или о переходах в основное состояние из
возбужденного, ''запрещенных" в первом приближении. В этом смысле
измерение спектров флюоресценции оказывается важным средством
исследования неосновных состояний.
Метод измерения флюоресцентных спектров на оптической установке СМП в
лаборатории Осакского университета состоит в следующем (рис. 4.41). Свет
от источника с помощью оптических волокон формируется в пучок, имеющий
цилиндрическую форму. Источником возбуждающего света служит импульсный
лазер на красителе; энергия возбуждения концентрируется в малом временном
интервале. Свет проходит вдоль цилиндрической части кварцевой трубки и
фокусируется линзой на образец. Такая геометрия позволяет изготовить
криостат осесимметричной формы, а также уменьшить его диаметр. Из участка
исследуемого образца, на который фокусируется возбуждающее излучение,
возникает флюоресценция как из точечного источника света. Этот свет
проходит обратно через конденсаторную линзу, формируется впучок
параллельных лучей, попадает в кварцевый световод, установленный в
центральной части криостата, и поступает в волоконный световод. Благодаря
этому устройству удалось реализовать оптическую систему, передающую
сигнал флюоресценции с малыми потерями. Особенностью описанной схемы
является то, что с помощью одной линзы решаются две важные задачи:
фокусировка возбуждающего света в одну точку и преобразование
испускаемого из этой точки света флюоресценции в параллельный пучок.
Длительность импульса магнитного поля составляет в данном случае
приблизительно 300 мкс, поэтому измерение спектров проводят в течение
лишь 10-20 мкс вблизи максимума поля, когда изменением амплитуды поля
можно пренебречь. Спектры флюоресценции можно исследовать даже за такие
короткие интервалы времени с помощью источника света большой яркости. Тем
не менее в ряде случаев изучать такие спектры трудно из-за малой
интенсивности свечения образца. Еще один момент, на который следует
обратить внимание, - это использование в качестве световодов оптического
стекловолокна. Применение таких световодов обеспечивает безопасность
обслуживающего персонала при работе с мощным лазерным излучением,
поскольку они позволяют установить источники на расстоянии нескольких
метров от соленоида. Спектры флюоресценции R-линии рубина в нулевом поле
и при В = 23,5 Тл приведены на рис. 4.42.
151
Рис. 4.42. Пример исследования спектров флюоресценции в импульсных
магнитных полях [43]. Показаны участки спектра вблизи от Л-линии рубина
при температуре 77 К (/ - относительная интенсивность спектральной линии;
X - длина волны). Магнитное поле ориентировано вдоль оси третьего порядка
Рис. 4.41. Криостат с измерительной ячейкой для исследования
флюоресцентных спектров в импульсных магнитных полях [43]:
1 - оптические волокна; 2 - кварцевый стержень; 3 - кварцевая трубка; 4 -
оптический экран; 5 - линза; б - образец; стрелками указано прохождение
света по ячейке
Плазма твердого тела. В качестве примера рассмотрим установку для
изучения альфвеновских волн в графите [166]. Измерения проводились при
''фарадеевской" ориентации; Н||к1Е, где Н - напряженность внешнего
магнитного поля, к - волновой вектор падающей волны, Е - напряженность
электрического поля в падающей на образец волне. Магнитное поле с Вт до
22 Тл и т00 "= 16 мс генерировалось многовитковым соленоидом с обмоткой
из медного провода. Использовался интерферометр Рэлея с линейно
поляризованной падающей электромагнитной волной и линейно или
эллиптически поляризованной опор-152
Рис. 4.43. Структурная схема спектрометра Рэлея для исследования
распространения альфвеновских волн в графите [166]:
1 - генератор модулирующего напряжения; 2 - блок питания лампы обратной
волны; 3 - лампа обратной волны; 4, 5 - аттенюаторы; 6 - фазовращатель; 7
- согласующий трансформатор; 8 - селективный микровольтметр; 9 -
амплитудный детектор; 10 - запоминающий осциллограф; 11 - гелиевый дьюар;
12-детектор из InSb; 13 - соленоид; 14 - держатель образца; 15 - клей; 16
- образец; 17 - волноводы. На вставке в увеличенном масштабе показано
расположение образца в волноводе
ной волной (рис. 4.43). Эксперименты проводились в диапазоне X = = 2-г 4
мм. Источником СВЧ-излучения служили лампы обратной волны. СВЧ-излучение
через развязывающий аттенюатор поступало в измерительную вставку. Часть
излучения (опорная волна) через направленный ответвитель направлялась в
обводное плечо. Опорная волна, амплитуду и фазу которой можно было менять
с помощью аттенюатора и фазовращателя, через другой направленный
ответвитель попадала в основной тракт интерферометра, где складывалась с
