Морские информационно-управляющие системы Май 2015, № 7 | Seite 64

M

1064 nm
1
SG

532 nm

Nd:YAG

M

2
SG

M

M

2

2

Nd:YAG

Nd:YAG

TH
535 nm

M

3
M

Dye Laser

L

532 nm

~532 nm

Рис. 1а. Схема лазерной части экспериментальной
установки
1 – задающий одночастотный лазер на кристалле Nd 3+: YAG
2 – квантовые многопроходные усилители на кристалле
Nd 3+: YAG
3 – плавно перестраиваемый по частоте узкополосный
(ширина линии не более 0,1 см‑1) Dye Laser – лазер
на красителе (родамин незамещенный)
SG – ген ераторы второй оптической гармоники
на термостабилизированных кристаллах CDA
TH – генератор третьей оптической гармоники
на кристалле DKDP
L – линзы
М – диэлектрические зеркала

1

1
2

3

4
4

4

1

5

Рис. 1 б. Схема измерительной части экспериментальной установки
1 – поляризаторы (призмы Глана-Томпсона)
2 – четвертьволновая пластинка для λ=532 нм 3) –
кювета с исследуемой жидкостью
3 – диэлектрические зеркала
4 – фотоприемник
Жирными черными стрелками отмечено состояние
поляризации взаимодействующих лазерных пучков

62

Морские информационно-управляющие системы, 2015/ No. 1 (7)

орто- и паракомпонент воды в жидкой фазе остается пока
открытым. Неясно также, существует ли какая-либо селек‑
тивность в межмолекулярных взаимодействиях в жидкости
по признаку орто-, парамодификации молекул.
В данной работе проведен анализ экспериментов, в кото‑
рых с помощью четырехфотонного рассеяния лазерного из‑
лучения наблюдались спектры низкочастотных колебаний
и  вращений молекул в  различных жидкостях в  диапазоне
0–3 ТГц. Выбор жидкостей был основан на гипотезе о том,
что вклад вращательных резонансов в  сигнал четырехфо‑
тонного рассеяния будет увеличиваться по мере ослабле‑
ния межмолекулярного взаимодействия. Кроме того, были
систематически изучены спектры четырехфотонного рас‑
сеяния в  области 0–100  см‑1 в  макроскопическом объеме
водных растворов белка α-химотрипсин. Исследованный
диапазон включает в  себя резонансы Бриллюэна, узкую
и широкую части крыла Рэлея и возможные КР-резонансы,
относящиеся к  колебательным и  ориентационным движе‑
ниям молекулярных фрагментов белка и собственные низ‑
кочастотные спектры орто- и  параспинизомеров молекул
Н2О в жидкой фазе.

Эксперимент
Эксперименты проводились на  установке, подробно
описанной в [16] и представленной на рисунках 1 а, б. Две
встречные лазерные волны E(1) и E(2) с частотами ω1 и ω2 рас‑
пространялись в кювете с жидкостью. Входное и выходное
окна кюветы изготовлены из  плавленого кварца и  имели
низкий уровень деполяризации проходящего излучения.
Волна E(1) (излучение второй гармоники Nd3+: YAG лазера,
работающего на  одной продольной моде, типичная плот‑
ность мощности ~60  МВт/см2) имела круговую поляри‑
зацию; перестраиваемая по  частоте волна E(2) (плотность
мощности ~10 МВт/см2) была линейно поляризована. При
такой поляризации взаимодействующих волн [9, 10] в сиг‑
нале, определяемом нелинейным взаимодействием (1),
отсутствует нерезонансный вклад от  электронной подси‑
стемы среды.
Поскольку орты поляризации волны сигнала на  ча‑
стоте ωs и  волны E(2) неколлинеарны, а направление их
распространения совпадает, сигнал четырехфотонного
рассеяния выделялся призмой Глана. Ширина аппарат‑
ной функции спектрометра (~0,1  см‑1) и  спектральный
диапазон измерений, определяемый возможным диапа‑
зоном (ω1–ω2) (от  –1200  до  300  см‑1), задавались выход‑
ными характеристиками лазера на  красителе, который
накачивался излучением третьей гармоники Nd3+: YAG
лазера и  обеспечивал перестройку по  частоте волны E(2)
по  программе, задаваемой компьютером. Для каждого
значения частоты ω2 производилось усреднение сигнала
по 10–30 отсчетам, затем частота лазера перестраивалась
автоматически с  шагом ~0,119  см‑1. Нулевая частотная
отстройка привязывалась с точностью до 0,02 см‑1 по ре‑