Оперативный мониторинг состава многокомпонентных молекулярных газовых сред в реальном масштабе времени приобретает всё большее значение для решения многочисленных прикладных задач, таких как контроль состава воздуха на вредных производствах, обнаружение следовых концентраций взрывчатых, наркотических и отравляющих веществ, экологический контроль состава окружающей среды, а также определение компонентного состава природного газа.
На сегодняшний день применяются три универсальных метода газоанализа: газовая хроматография, масс-спектрометрия и спектроскопия комбинационного рассеяния (КР) света. Из них самым распространённым методом газоанализа в промышленности является газовая хроматография. Основной недостаток данного метода длительное время анализа, вызванное последовательным измерением компонентов газовой смеси. Приборы, основанные на методе масс-спектрометрии дороги, требуют высококвалифицированного обслуживания и сложной, трудоемкой пробоподготовки, что ограничивает его практическое применение.
Одним из наиболее привлекательных и перспективных оптических методов газоанализа является спектроскопия КР света. Метод КР позволяет одновременно регистрировать любые молекулярные компоненты газовой среды с помощью одного источника света (лазера) с фиксированной длиной волны. При этом сигнал КР каждого молекулярного компонента строго индивидуален, пропорционален его концентрации, практически безынерционен и не зависит от состава газовой среды. К тому же, метод КР может исследовать состав сред, состав которых заранее неизвестен.
В работе проведено исследование возможности усиления сигналов КР газовой среды за счет использования поверхностного плазмонного резонанса на периодических металлических наноструктурах в случаях разной высоты профиля, периода, толщины напыленного слоя металла и поляризации лазерного излучения. Основные результаты, полученные в работе можно сформулировать следующим образом.
1. Впервые экспериментально продемонстрировано усиление сигналов КР газовой среды за счет усиления электромагнитного поля вблизи периодической наноструктуры.
2. Наблюдаемое увеличение интенсивности сигналов КР (по сравнению с классическим режимом регистрации КР) при возбуждении поверхностного плазмонного резонанса на голографической дифракционной решетке с высотой профиля 30 нм и толщиной серебряного покрытия 30 нм, превысило 8 раз.
3. В случае использования P - поляризации лазерного излучения коэффициент усиления сигналов КР в зоне усиления электромагнитного поля ~ 4-103, в то время как в случае S - поляризации ~ 2.5-103.
Есть все основания полагать, что коэффициент усиления сигналов КР может быть существенным образом увеличен путем использования наноструктуры обеспечивающей более эффективное возбуждение поверхностного плазмонного резонанса.
В заключении автор выражает глубокую признательность научному руководителю работы к.т.н. Петрову Д.В. за ведущую роль в организации данной работы, а также к.т.н. Матросову И.И., Зарипову А.Р. и Королеву Б.В. за оказанную помощь при проведении экспериментальных исследований.
