ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, раздел оптич. спектроскопии, изучающий полученные с помощью лазера спектры испускания, поглощения, рассеяния. лазерная спектроскопия позволяет исследовать вещества на атомно-мол. уровне с высокой чувствительностью, избирательностью, спектральным и временным разрешением.
В зависимости от типа взаимод. света с исследуемым веществом, методы лазерная спектроскопия подразделяют на линейные, основанные на одноквантовом линейном взаимод., и нелинейные, основанные на нелинейном одноквантовом или многоквантовом взаимодействии.
В спектральных приборах используют лазеры с перестраиваемой частотой - от далекой ИК области до вакуумного УФ, что обеспечивает возбуждение почти любых квантовых переходоватомов и молекул. Перестраиваемые лазеры с узкой полосой излучения, в частности, инжекц. лазеры в ИК области и лазеры на красителях в видимой области (а в сочетании с нелинейным преобразованием частоты - в ближней УФ и ближней ИК областях) дают возможность измерять истинную форму спектра поглощения образца без к.-л. влияния спектрального инструмента. Использование перестраиваемых лазеров повышает чувствительность всех известных методов спектроскопии (абсорбционных, флуоресценции и т.д.) как для атомов, так и для молекул. На основе таких лазеров были разработаны принципиально новые высокочувствит. методы: внутрирезонаторной лазерной спектроскопии. когерентного антистоксова комбинац. рассеяния (см. Комбинационного рассеяния спектроскопия), резонансной фотоионизационной лазерная спектроскопия Последний метод основан на резонансном возбуждении частицы импульсным лазерным излучением, частота которого точно настроена на частоту резонансного перехода, и последующей ионизации возбужденной частицы путем поглощения одного или неск. фотонов из дополнит. лазерного импульса. При достаточной интенсивности лазерных импульсов эффективность резонансной фотоионизации близка к 100%, такова же эффективность регистрации иона электронным умножителем. Это обеспечивает высокую чувствительность метода и возможность детектирования следов элементов в образцах на уровне 10-10-10-12 % в обычных экспериментах, а в специальных - на уровне одиночных частиц.
Высокая интенсивность излучения позволяет осуществлять нелинейное взаимод. света с атомами и молекул.ми, за счет чего значит. часть частиц м. б. переведена в возбужденное состояние, а также становятся вероятными запрещенные одноквантовые и многоквантовые резонансные переходы между уровнями атомов и молекул. ненаблюдаемые при слабой интенсивности света.
Короткая (управляемая) длительность излучения позволяет возбуждать высоколежащие уровни энергии за времена короче времени релаксации любого квантового состояния. С использованием лазеров ультракоротких (пикосекундных и фемтосекундных) импульсов разработаны методы спектроскопии с временным разрешением до 10-14 с. Эти методы обеспечивают излучение первичных фотофиз. и фотохим. процессов с участием возбужденных молекул. исследование короткоживущих частиц (радикалов, комплексов и т.д.).
Высокая монохроматичность лазерного излучения обеспечивает измерение спектров с почти любым необходимым спектральным разрешением и, кроме того, позволяет избирательно возбуждать атомы и молекул. одного вида в смеси, оставляя молекул. др. видов невозбужденными, что особенно важно для аналит. применений.
С помощью импульсов направленного лазерного излучения можно исследовать спектры флуоресценции и рассеяния в удаленной области, например в верх. атмосфере, и получать информацию о ее составе. Этот принцип используется в методах дистанц. лазерной спектроскопии, разрабатываемых для контроля окружающей среды.
При фокусировке лазерного света на малую площадь с размерами (в пределе) порядка длины Световой волны можно получить большие интенсивности, обеспечивающие быстрый нагрев и испарение локальной области. Это свойство лазера легло в основу микроспектрального эмиссионного анализа атомов и локального масс-спектрального анализа молекул.
С точки зрения путей релаксации энергии возбужденных частиц и, соотв., методов детектирования, различают след. методы лазерная спектроскопия: 1) абсорбционно-трансмиссионные, основанные на измерении спектра пропускания образца (нечувствительны к судьбе возбужденных частиц); 2) опто-калориметрич. (опто-термич., опто-акустич. и т.д.), основанные на непосредственном измерении поглощенной в образце энергии; при этом необходима релаксация части энергии возбуждения в тепло (безызлучат. релаксация); 3) флуоресцентный, основанный на измерении интенсивности флуоресценции как ф-ции длины волны возбуждающего лазера (излучат, релаксация); 4) опто-гальванич., в котором возбуждение частиц регистрируют по изменению проводимости, и фотоионизационные - по появлению заряженных частиц.
Приборы, применяемые в лазерная спектроскопия, принципиально отличаются от обычных спектральных приборов. В приборах, использующих лазеры с перестраиваемой частотой, отпадает необходимость в разложении излучения в спектр с помощью диспергирующих элементов (призм, дифракц. решеток), являющихся осн. частью обычных спектральных приборов. Иногда в лазерная спектроскопия применяют приборы, в которых излучение разлагается в спектр с помощью нелинейных кристаллов.
лазерная спектроскопия применяют для исследования кинетики и механизма реакции (в т. ч. фотохим.), точного измерения мол. постоянных (напр., моментов инерции), избират. определения ультрамалых кол-в вещества и т.д. Спектры многоступенчатого лазерного возбуждения обладают большей избирательностью, чем обычные спектры поглощения, хорошо комбинируются с хроматографией, масс-спектрометрией и т.д.
Лит.: Жаров В. П., Летохов В. С., Лазерная оптико-акустическая спектроскопия, М., 1984; Демтрёдер В., Лазерная спектроскопия. Основные принципы и техника эксперимента, пер. с англ.. М., 1985; Лазерная аналитическая спектроскопия, под ред. B. C. Летохова, М., 1986; Летохов B. C., Лазерная фотоионизационная спектроскопия, М., 1987. B.C. Летохов.
