Том 28, номер 05, статья № 5

Аннотация:

Описывается созданный в ИОА СО РАН комплекс высокочувствительных спектрометров для исследования высоковозбужденных состояний. Комплекс включает как Фурье-спектрометры с многоходовыми газовыми кюветами, так и спектрометры, использующие современные высокочувствительные методы лазерной спектроскопии: внутрирезонаторные лазерные спектрометры, спектрометры с высокодобротными внешними резонаторами. Разработанные спектральные приборы обладают высоким спектральным разрешением (0,01…0,001 см^–1) и высокой чувствительностью к поглощению (10^–7 – 3 × 10^–9 см^–1), что делает их перспективными для исследования параметров спектральных линий, обусловленных переходами на высокоэнергетические колебательно-вращательные состояния.
Рассмотрены эффекты колебательно-вращательной динамики, связанные с хаотическим поведением при сильном возбуждении, обнаруженные на основе анализа спектров водяного пара. Это аномальное центробежное искажение, HEL-резонансы в Н₂О, высоковозбужденные состояния типа nn₃ молекулы HD¹⁶O, колебательная зависимость параметров контура линий, связь интерференции линий с внутримолекулярными резонансами.

Ключевые слова:

спектрометры, колебательно-вращательные состояния, резонансы, асимметричный волчок, потенциальная поверхность, уширение линий, контур линий, межмолекулярные взаимодействия

Список литературы:

1. Быков А.Д., Макушкин Ю.С., Улеников О.Н. Колебательно-вращательная спектроскопия водяного пара. Новосибирск: Наука, 1989. 296 с.
2. Быков А.Д., Синица Л.Н., Стариков В.И. Введение в колебательно-вращательную спектроскопию многоатомных молекул. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2004. 273 с.
3. Buldyreva J., Lavrentieva N., Starikov V. Collisional line broadening and shifting of atmospheric gases // A practical guide for line shape modeling by current semi-classical approaches. London: Imperical College Press, 2010. 304 p.
4. Быков А.Д., Коротченко Е.А., Макушкин Ю.С., Пономарев Ю.Н., Синица Л.Н., Солодов А.М., Стройнова В.Н., Тихомиров Б.А. Исследование сдвигов центров линий водяного пара давлением воздуха // Оптика атмосф. 1988. Т. 1, № 1. С. 40–45.
5. Быков А.Д., Лаврентьева Н.Н., Синица Л.Н. Анализ зависимости коэффициентов сдвига линий H₂O давлением от колебательных и вращательных квантовых чисел // Оптика и спектроскопия. 1997. Т. 83, № 1. С. 73–82.
6. Campargue A., Wang Le, Mondelain D., Kassi S., Bezard B., Lellouch E., Coustenis A., de Bergh C., Hirtzig M., Drossart P. An empirical line list for methane in the 1.26–1.71 mm region for planetary investigations (T = 80–300 K). Application to titan // Icarus. 2012. V. 219, iss. 1. P. 110–128.
7. Mazzotti F., Naumenko O.V., Kassi S., Bykov A.D., Campargue A. ICLAS of weak transitions of water between 11 300 and 12 850 cm^–1. Comparison with FTS databases // J. Mol. Spectrosc. 2006. V. 239, N 2. P. 174–181.
8. Brown L.R., Toth R.A., Dulick M. Empirical line parameters of H₂¹⁶O near 0.94 mm: positions, intensities and air-broadening coefficients // J. Mol. Spectrosc. 2002. V. 212, N 1. P. 57–82.
9. Tolchenov R.N., Naumenko O., Zobov N.F., Shirin S.V., Polyansky O.L., Tennyson J., Carleer M., Coheur P.-F., Fally S., Jenouvrier A., Vandael A.С. Water vapour line assignments in the 9 250–26 000 cm^–1 frequency range // J. Mol. Spectrosc. 2005. V. 233, N 1. P. 68–76.
10. Пономарев Ю.Н., Петрова Т.М., Солодов А.М., Солодов А.А., Сулакшин С.А. Фурье-спектрометр с 30-метровой многоходовой кюветой для исследования слабых спектров поглощения атмосферных газов // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 8. С. 726–728.
11. Климешина Т.Е., Петрова Т.М., Родимова О.Б., Солодов А.А., Солодов А.М. Поглощение CO₂ за кантами полос в области 8 000 см^–1 // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 11. С. 925–931.
12. Сердюков В.И., Синица Л.Н., Васильченко С.С., Воронин Б.А. Высокочувствительная Фурье-спектроскопия в высокочастотной области с небольшими многоходовыми кюветами // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 3. С. 240–246.
13. Serdyukov V.I., Sinitsa L.N., Vasil’chenko S.S. Highly sensitive fourier transform spectroscopy with led sources // J. Mol. Spectrosc. 2013. V. 290, N 1. P. 13–17.
14. Тырышкин И.С., Пономарев Ю.Н., Быков А.Д., Воронин Б.А., Науменко О.В., Савельев В.Н., Синица Л.Н. Спектр поглощения водяного пара в диапазоне 13 300–13 800 см^–1 // Оптика атмосф. и океана. 1999. Т. 12, № 9. С. 825–828.
15. Пахомычева Л.А., Свириденков Э.А., Сучков А.Ф., Титова Л.В., Чурилов С.С. Линейчатая структура спектров генерации ОКГ с неоднородным уширением линии усиления // Письма в ЖЭТФ. 1970. Т. 12, вып. 2. С. 60–63.
16. Лукьяненко С.Ф., Макогон М.М., Синица Л.Н. Внутрирезонаторная лазерная спектроскопия. Основы метода и применения. Новосибирск: Наука, 1985. 121 с.
17. Sviridenkov E.A., Sinitsa L.N. Intracavity laser spectroscopy // Proc. SPIE. 1998. V. 3342. 270 р.
18. Макогон М.М., Пономарев Ю.Н., Синица Л.Н. Развитие методов и техники лазерной спектроскопии в Институте оптики и спектроскопии СО РАН // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 10. С. 958–965.
19. Синица Л.Н., Солодов А.М. Высокочувствительный спектрометр с высокодобротным резонатором в области 0,9 мкм // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21, № 4. С. 352–354.
20. Mikhailenko S.N., Serdyukov V.I., Sinitsa L.N. Led-based fourier transform spectroscopy of H₂¹⁸O in the range of 15 000 – 16 000 cm^–1 // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2015. V. 156, N 1. P. 36–46.
21. Flaud J.-M., Camy-Peyret C. Vibration-rotation intensities in H₂O-type molecules. Application to the 2n₂, n₁, and n₃ bands of H₂¹⁶O // J. Mol. Spectrosc. 1975. V. 55, N 2. P. 278–310.
22. Camy-Peyret C., Flaud J.-M., Maillard J.P. The 4n₂ band of H₂¹⁶O // J. Phys. Lett. 1980. V. 41, N 2. P. L-23–L-26.
23. Starikov V.I., Machancheev B.N., Tyuterev Vl.G. Effect of bending vibration on rotational centrifugal distortion centrifugal distortion parameters of X₂Y molecules. Application to the water molecule // J. Phys. Lett. 1984. V. 45, N 1. P. L-11–L-15.
24. Стариков В.И., Тютерев Вл.Г. Внутримолекулярные взаимодействия и теоретические методы в спектроскопии нежестких молекул. Томск: Изд-во «Спектр» ИОА СО РАН, 1997. 232 с.
25. Быков А.Д., Воронин Б.А., Воронина С.С. Оценки вращательных постоянных для колебательных состояний типа (0 n₂ 0) молекулы воды // Оптика атмосф. и океана. 2002. Т. 15, № 12. С. 1051–1055.
26. Tyuterev Vl.G. The generating function approach to the formulation of the effective rotational Hamiltonian // J. Mol. Spectrosc. 1992. V. 151, iss. 1. P. 97–129.
27. Chevillard J.-P., Mandin J.-Y., Flaud J.-M., Camy-Peyret C. H₂¹⁶O: Line positions and intensities between 8000 and 9500 cm^–1: The second hexad of interacting vibrational states: {(050), (130), (031), (210), (111), (012)} // Can. J. Phys. 1988. V. 66, N 11. P. 997–1011.
28. Быков А.Д., Науменко О.В., Синица Л.Н. Новый резонанс в молекуле воды // Оптика атмосф. 1990. Т. 3, № 10. С. 1115–1120.
29. Стариков В.И., Михайленко С.Н. О новых резонансах в молекуле Н₂О // Оптика атмосф. 1991. Т. 4, № 6. С. 576–583.
30. Bykov A., Naumenko O., Sinitsa L., Voronin B., Camy-Peyret C., Flaud J.-M., Lanquetin R. High-order resonances in the water molecule // J. Mol. Spectrosc. 2000. V. 205, iss. 1. P. 1–8.
31. Naumenko O., Campargue A. High-order resonance interactions in HDO: Analysis of the absorption spectrum in the 14 980–15 350 cm^–1 spectral region // J. Mol. Spectrosc. 2000. V. 199, N 1. P. 59–72.
32. Bertseva E., Naumenko O., Campargue A. The 5n_OH overtone transition of HDO // J. Mol. Spectrosc. 2000. V. 203, N 1. P. 28–36.
33. Jensen P. The potential energy surface for the electronic ground state of the water molecule determined from experimental data using a variational approach // J. Mol. Spectrosc. 1989. V. 133, iss. 2. P. 438–460.
34. Partridge H., Schwenke D.W. The determination of an accurate isotope dependent potential energy surface for water from extensive ab initio calculation and experimental data // J. Chem. Phys. 1997. V. 106, N 11. P. 4618–4639.
35. Barletta P., Shirin S.V., Zobov N.F. et al. CVRQD ab initio ground-state adiabatic potential energy for water molecule // J. Chem. Phys. 2006. V. 125. 204307.
36. Lynch R., Gamache R.R., Neshyba S.P. Fully complex implementation of the Robert–Bonamy formalism: Halfwidths and line shifts of H₂O broadened by N₂ // J. Chem. Phys. 1996. V. 105, N 4. P. 5711–5721.
37. Gamache R.R., Lynch R., Plateaux J.J., Barbe A. Halfwidths and line shifts of water vapor broadening by CO₂: Measurements and complex Robert–Bonamy formalism calculations // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1997. V. 57, iss. 4. P. 485–496.
38. Valentin A., Claveau Ch., Bykov A., Lavrentieva N., Saveliev V., Sinitsa L. The water vapor n₂ band lineshift coefficients induced by nitrogen pressure // J. Mol. Spectrosc. 1999. V. 198, iss. 2. P. 218–229.
39. Zéninari V., Parvitte B., Courtois D., Lavrentieva N.N., Ponomarev Yu.N., Durry G. Pressure broadening and shift coefficients of H₂O due to perturbation by N₂, O₂, H₂, and He in the 1.39 mm region: Experiment and calculations // Mol. Phys. 2004. V. 102. P. 1697–1706.
40. Camy-Peyret C., Valentin A., Claveau Ch., Bykov A., Lavrentieva N., Saveliev V., Sinitsa L. Half-width temperature dependence of nitrogen broadened lines in the n₂ band of H₂O // J. Mol. Spectrosc. 2004. V. 224, iss. 2. P. 164–175.
41. Bykov A., Lavrentieva N., Sinitsa L. Semiempiric approach for the line broadening and shifting calculation // Mol. Phys. 2004. V. 102. P. 1706–1712.
42. Barber R.J., Tennyson J., Harris G.J., Tolchenov R.N. A high accuracy synthetic linelist for hot water // Mon. Notic Roy. Astron. Soc. 2006. V. 368, N 3. P. 1087–1094.
43. Tennyson J., Kostin M.A., Barletta P., Harris G.J., Ramanalal J., Polyansky O.L., Zobov N.F. DVR3D: A program suite for the calculation of rotation-vibration spectra of triatomic molecules // Comput. Phys. Commun. 2004. V. 163. P. 85–94.
44. Shirin S.V., Polyansky O.L., Zobov N.F., Barletta P., Tennyson J. Spectroscopically determined potential energy surface of H₂¹⁶O up to 25 000 cm^–1 // J. Chem. Phys. 2003. V. 118. P. 2124–2133.
45. Schwenke D.W., Partridge H. Convergence testing of the analytic representation of an ab initio dipole moment function for water: Improved fitting yields improved intensities // J. Chem. Phys. 2003. V. 113. P. 6592.
46. Tsao C.J., Curnutte B. Line-width of pressure-broadened spectral lines // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1961. V. 2. P. 41–91.
47. Bykov A.D., Lavrentieva N.N., Mishina T.P., Sinitsa L.N., Barber R.J., Tolchenov R.N., Tennyson J. Water vapor line width and shift calculations with accurate vibration-rotation wave functions // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2008. V. 3034. P. 1–11.
48. Лаврентьева Н.Н., Мишина Т.П., Синица Л.Н., Теннисон Дж. Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 13-03-98023) и Программы ФИ ОФН РАН № 3.9.
49. URL: http://wadis.saga.iao.ru/
50. Grossman B.E., Browell W.E. Spectroscopy of Water Vapor in the 720 nm wavelength region: Line strengths, self-induced pressure shifts // J. Mol. Spectrosc. 1989. V. 136, iss. 2. P. 264–294.
51. Grossman B.E., Browell W.E. Line-shape asymmetry of water vapor absorption lines in the 720-nm wavelength region // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1991. V. 45, N 6. P. 339–348.
52. Grossman B.E., Browell W.E. Measurements of H₂¹⁶O linestrengths and air-induced broadening and shifts in the 815-nm spectral region // J. Mol. Spectrosc. 1997. V. 185. P. 58–70.
53. Зуев В.Е., Макушкин Ю.С., Пономарев Ю.Н. Современные проблемы атмосферной оптики. Т. 3. Спектроскопия атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 247 с.
54. Labani B., Bonamy J., Robert D., Hartman J.-M., Taine J. Collisional broadening of rotation-vibration lines for asymmetric top molecules. I. Theoretical model for both distant and close collisions // J. Chem. Phys. 1986. V. 84, N 8. P. 4256–4267.
55. Frenkel L., Woods D. The microwave absorption by H₂O vapor and its mixtures with gases between 100 and 300 // Proc. IEEE. 1966. V. 54. P. 498–505.
56. Броуэлл Э.В., Гроссман Б.Э., Быков А.Д., Капитанов В.А., Лазарев В.В., Пономарев Ю.Н., Синица Л.Н., Коротченко Е.А., Стройнова В.Н., Тихомиров Б.А. Исследование сдвигов линий поглощения Н₂О в видимой области спектра давлением воздуха // Оптика атмосф. и океана. 1990. Т. 3, № 7. C. 675–690.
57. Gamache R.R. An intercomparison of measured pressure-broadening and pressure shifting parameters of water vapor // J. Chem. Phys. 2004. V. 82. P. 1013–1027.
58. Mandin J.-Y., Chevillard J.-P., Flaud J.-M., Camy-Peyret C. N₂-broadening coefficients of H₂¹⁶O lines between 9 500 and 11 500 cm^–1 // J. Mol. Spectrosc. 1989. V. 138, iss. 1. P. 272–281.
59. Grossman B.E., Browell W.E. Water vapor line broadening and shifting by air, nitrogen, oxigen, and argon in the 720 nm wavelength region // J. Mol. Spectrosc. 1989. V. 138, iss. 2. P. 562.
60. Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Starikov V.I. Vibrational dependence of an intermolecular potential for H₂O–He system // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 129. P. 241–253.
61. Быков А.Д., Лаврентьева Н.Н., Синица Л.Н., Солодов А.М. Влияние внутримолекулярных резонансов на интерференцию спектральных линий водяного пара // Оптика атмосф. и океана. 2001. Т. 9, № 9. С. 846–852.
62. Быков А.Д., Лаврентьева Н.Н., Мишина Т.П., Синица Л.Н. Влияние интерференции линий водяного пара на атмосферное пропускание излучения ближнего ИК-диапазона // Оптика и спектроскопия. 2008. Т. 104, № 2. С. 165–171.
63. Черкасов М.Р. К уширению давлением перекрывающихся спектральных линий // Оптика и спектроскопия. 1976. Т. 40, вып. 1. C. 7–13.