Резонансное рассеяние света

Эффекты резонансного рассеяния затушевываются резонансной флуоресценцией, к которой раньше их и относили.

Схематическая диаграмма энергетических уровней атома или молекулы и различных процессов взаимодействия: а – широкополосная флуоресценция; б – резонансная флуоресценция; в – резонансное рассеяние

Но все же они разнятся принципиальным образом.

Резонансную флуоресценцию обычно рассматривают, как совокупность двух последовательных однофотонных процессов. Они состоят сначала в поглощении фотона с частотой , а затем в спонтанном испускании фотона с частотой .

Поскольку этот процесс не мгновенный, в него могут успеть вмешаться эффекты безизлучательного столкновительного тушения.

При резонансном рассеянии происходит одновременное исчезновение фотона с частотой и появление другого фотона с частотой . То есть этот эффект из определения резонансной флуоресценции исключается (выкидывается).

Таким образом, резонансное рассеяние – это двухфотонный одноступенчатый процесс. Этот процесс практически мгновенный, поэтому на него не оказывают кого-либо влияния столкновительные процессы тушения, деполяризации или релаксации.

Релаксация – процесс установления равновесия термодинамического в макроскопических системах (здесь в газах).

Деполяризация света поляризованной люминесценции происходит в результате вращения молекул за время жизни возбужденного состояния (вращательная деполяризация света) или вследствие передачи энергии возбуждения от возбужденных молекул к невозбужденным (концентрационная деполяризация света).

Величину дифференциального сечения резонансного рассеяния также оценивают по сечению поглощения. Если частота лазерного излучения совпадает с центром доплеровского контура линии газа, то дифференциальное сечение резонансного рассеяния можно записать в виде (Чемберлен Дж.)

,

где − вероятность спонтанного перехода из состояния в состояние ; и − статистические веса, показывающие степень вырождения обоих состояний; − индикатриса рассеяния.

В квантовой механике важнейшим случаем является вырождение уровней энергии системы. Это когда система имеет определенное значение энергии, но при этом может находиться в нескольких различных состояниях.

Сечения резонансного рассеяния имеют порядок 10^-12 – 10^-14 см²/ср. Например, для паров , которые находятся в верхней мезосфере и нижней термосфере, сечение резонансного рассеяния ≈ 9,8∙10^-13 см²/ср на длине волны =589 нм.