Расчет расщепления колебательно

УДК 535.3
Б.И. Васильев, М.С. Курдоглян, Нгуен Тху Кам
РАСЧЕТ
РАСЩЕПЛЕНИЯ
КОЛЕБАТЕЛЬНО-ВРАЩАТЕЛЬНЫХ
ЛИНИЙ
14
ПОЛОСЫ ν2 МОЛЕКУЛЫ NH3 В СИЛЬНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ
Создание лазеров в новых спектральных диапазонах является важной научнотехнической задачей. Так получение когерентного излучения при оптическом
возбуждении молекул аммиака излучением импульсного СО2 лазера позволило
увеличить диапазон перестройки лазерного излучения в средней ИК области от 9 до
14 мкм. Однако, на пути создания непрерывного NH3 лазера возникают проблемы,
связанные со сдвигом максимума линии поглощения NH3 относительно линии
излучения СО2 лазера. Компенсировать такой сдвиг можно, поместив кювету с
аммиаком в сильное магнитное поле.
В пренебрежении сверхтонким расщеплением вращательные состояния молекул
типа симметричного волчка в сильном магнитном поле
описываются следующим
выражением [1,2]:
⎡
⎤ H2 ⎡
⎤
K2
3M 2 − J ( J + 1)
(g || − g ⊥ )⎥ − ⎢
E ( J , K , M ) = − Hμ n M ⎢ g ⊥ +
⎥×
J (J + 1)
3 ⎣ (2 J − 1)(2 J + 1)J ( J + 1)⎦
⎣
⎦
× J ( J + 1) − 3K 2 (χ ⊥ − χ || )
[
где
H -напряженность магнитного поля,
]
μn -ядерный
магнетон,
(1)
M -проекция
магнитного момента на ось квантования, K - проекция магнитного момента на ось
симметрии молекулы,
g⊥ = 0.568,
g|| = 0.500, χ|| − χ ⊥ = 0.37 ×10−6 эрг / Гс2 мол-
анизотропия магнитной восприимчивости. Строго говоря, более точный расчет требует
учета спин-вращательного взаимодействия, взаимодействия магнитного момента ядер с
полем, квадрупольного взаимодействия ядра азота. Однако вклады от этих величин
вносят небольшие поправки в результирующие величины, и, поскольку их учет требует
более сложных расчетов, проводить здесь такой учет не будем. Расчет производился в
предположении, что параметры в (1) не зависят от колебательного состояния. Величина
расщепления
для переходов в R -ветви с J = 5 → J = 6 , Δ K = 0 ,
Δ M = ± 1,
и
напряженности магнитного поля H = 1 Тл показана на рис. 1. Эта зависимость
практически линейная, что указывает на то, что основной вклад в (1) вносит первое
слагаемое. Следовательно, для приближенных оценок величину расщепления можно
считать пропорциональной напряженности магнитного поля. Частота перехода с
ΔM = 0 в данном приближении не меняется.
27,6
27,3
ΔΕ, МГц
27
26,7
26,4
-5
0
5
М
Рис. 1. Расщепление и смещение линий аммиака в магнитном поле 1 Тл (ΔМ=1).
−26,4
−26,7
ΔΕ, МГц
−27
−27,3
−27,6
-5
0
5
М
Рис. 2. Расщепление и смещение линий аммиака в магнитном поле 1 Тл (ΔМ=−1).
Таким образом, использование продольного магнитного поля позволит компенсировать
разность частот линии поглощения аммиака и линии излучения СО2 лазера.
Литература
1. S.G. Kukolich and W.H. Slygare. Mol.Phys., V17, #2, pp.127-133, 1969
2. S.G. Kukolich. Chem.Phys.Lett.V5, #7, pp. 401-404, 1970