纳秒激光电离分子团簇产生高价离子实验研究

 利用飞行时间质谱仪，研究了功率密度为10⁹~10¹¹ W/cm²，波长为532 nm 的纳秒激光对苯、呋喃、甲醇及碘甲烷分子团簇的激光电离过程。实验观察到了高平动能的高价离子C^q+(q≤3)，O^q+(q≤3)和I^q+(q≤4)，该过程经历了以“初始的多光子电离引发-逆轫致吸收加热-电子碰撞电离模式”为主的激光团簇作用过程，后期经历了团簇的库仑爆炸过程。实验发现：即使激光能量变化一个量级以上时，主要高价离子的种类及占全部离子产物的比率也没有明显的变化，但是高价离子的初始平动能随激光强度的增大而增加；分子中含有较多个外壳层电子的氧、碘原子更容易电离产生高价离子，而碳离子的价态和强度相对较低。     

电离效率对激光电离团簇的高价离子产物的影响

纳秒激光与团簇相互作用产生高价离子逐渐成为分子物理界的热点之一, 为了深入研究团簇电离的本质, 本文以分子结构相似、元素组成相同的苯、环己烯和环己烷的分子团簇为对象, 利用飞行时间质谱研究了其与5 ns的532 nm激光相互作用时电离产物的价态和强度分布. 结果表明: 这三种化合物多光子电离效率苯>环己烯>环己烷, 但其高价离子的价态和比值苯是最低的, 环己烷的碳离子最高价态为4价, C³⁺和C²⁺的比值为1.1; 环己烯电离产物C³⁺和C²⁺ 的比值降低为0.6; 苯团簇的最高价态只有3价, C³⁺和C²⁺的比值约为0.4. 引起这种现象的原因可以归结于高的多光子电离效率会导致团簇多位点的电离, 引起团簇在电子加热到发生碰撞电离之前发生解离, 减小了团簇的尺寸, 进而减少了离子发生碰撞电离产生高价离子的反应时间, 最终阻碍了高价态离子的产生.     

纳秒光场下原子团簇产生高离化Kr离子的激光波长效应

利用不同波长和光强的纳秒激光,对Kr原子团簇进行了激光电离的飞行时间质谱研究,观察到Kr高价离子价态显著地依赖于激光波长,当分别用波长为1064,532,355和266 nm的激光照射Kr原子团簇时,可分辨的离子最高价态分别为+17,+11,+4和+2价;然而离子价态与激光功率密度的依赖关系并不明显。实验结果支持多光子电离-逆轫致吸收加热-电子碰撞电离三步电离模型,表明电子碰撞电离是高价离子产生的主要途径。     

N2O+离子A2Σ+电子态高振动能级的转动结构分析

利用一束波长为36055nm的激光，通过(3+1)共振多光子电离方法制备纯净的且处于X²Π_1/2，3/2(000)态的N₂O⁺离子，用另一束激光激发所制备的离子到第一电子激发态A²Σ⁺的不同振动能级，然后解离，通过检测解离碎片NO⁺强度随光解光波长的变化，得到了转动分辨的N₂     

CS2团簇增强的激光多价电离现象的质谱研究

利用脉宽为25ns的脉冲Nd:YAG 532 nm的激光,在8×1010W/cm2的强度下,用飞行时间质谱对CS2的激光电离过程进行了研究.观察到了较强的C2+和S2+高价离子信号,这些高价离子C2+,S2+的最可几平动能高达144eV,112 eV.不同进样方式,激光延迟以及束源压力的实验结果表明,这些高价离子可能来源于CS2团簇的库仑爆炸过程.多光子电离引发,逆韧致吸收加热-电子碰撞电离模型可能是高价离子产生的机理.     

CS2团簇增强的激光多价电离现象的质谱研究

利用脉宽为25ns的脉冲Nd: YAG 532 nm的激光，在8×10¹⁰W/cm²的强度下，用飞行时间质谱对CS₂的激光电离过程进行了研究.观察到了较强的C²⁺和S²⁺高价离子信号，这些高价离子C²⁺，S²⁺的最可几平动能高达144 eV，112 eV.不同进样方式，激光延迟以及束源压力的实验结果表明，这些高价离子可能来源于CS₂团簇的库仑爆炸过程.多光子电离引发，逆韧致吸收加热-电子碰撞电离模型可能是高价离子产生的机理. 关键词： 2')" href="#">CS₂ 团簇 高价离子 激光电离     

纳秒强激光中乙腈团簇增强的高价电离研究

利用脉宽为25 ns的脉冲Nd∶YAG 1 064 nm的激光,在1010～1011 W·cm-2的强度下,用飞行时间质谱对乙腈分子束激光电离过程进行了研究。实验中利 用氦气作为载气,乙腈分子束采用扩散和脉冲两种方式进样,当扩散束进样时,乙腈分子的谱峰可用多光子电离来解释,而当脉冲分子束进样时,实验中产生了外层价电子高剥离的Nq+ (q=2～5) 和Cq+(q=1～4)信号谱。实验中同时发现,激光波长增大时,高价离子的谱强度也趋向于增大。激光延迟及谱峰的相关性分析表明,这些高价离子可能来源于乙腈团簇的库仑爆炸 过程。提出一个多光子电离引发,逆韧致吸收加热-电子碰撞电离模型来解释高价离子的产生,对高价离子伴随的波长效应也给出了较为合理的解释。     

邻碘甲苯分子光解动力学的飞秒时间分辨质谱研究

利用飞秒时间分辨质谱技术研究了邻碘甲苯分子在266 nm激发下的光解动力学. 光解产物碎片通过800 nm强激光场下的多光子电离实现探测. 拟合光解产物C₇H₇自由基和I原子随泵浦-探测延迟时间变化的信号,得到解离时间为38±50 fs,它反映的是266 nm同时激发nσ^*和ππ^*态后C-I键的平均解离时间. 此外,还利用基态碘原子的共振波长298.23 nm作为探测光,通过共振增强多光子电离方法对解离生成的基态碘原子进行了选择性探测. 拟合I⁺随泵浦-探测延迟时间变化的信号,得到解离时间为40±50 fs,这与通过800 nm多光子电离得到的解离时间一致,表明解离生成的主要产物是基态碘原子.     

纳秒强激光中丙酮团簇增强的多价电离现象

利用脉宽为25 ns的脉冲Nd: YAG 532 nm的激光，在10¹⁰—10¹¹ W/cm²的强度下，用飞行时间质谱对丙酮团簇的激光电离过程进行了研究. 观察到了较强的O^q+(q=2—4)和C^q+(q=1—4)高价离子信号，这些高价离子 C⁴⁺，C³⁺，C²⁺，O⁴⁺，O³⁺，O²⁺的最大概然平动能分别为240 eV，70 eV，30 eV，90 eV，80 eV，40 eV. 高价离子的强度和平动能随激光强度的增大而增大. 我们提出一个多光子电离引发，逆韧致吸收加热-电子碰撞电离模型来解释高价离子的产生. 关键词： 丙酮 团簇 库仑爆炸 高价离子     

高离化态硫离子光谱的理论分析

 在考虑组态相互作用的基础上,利用包含相对论修正的Hartree-Fock(HFR)理论对S⁸⁺-S¹³⁺离子的谱线波长及加权振子强度等有关原子参数进行了系统计算,并与最新的实验观测和其它理论计算结果进行了比较。计算结果表明：S⁸⁺-S¹¹⁺的各个原子态在LS耦合下纯度很高,随着离化度的增大,S¹²⁺和S¹³⁺离子的部分原子态能级出现混合,组态相互作用逐渐增强。通过对实验结果的分析,识别出32条实验谱线,其中大多数谱线来自S⁸⁺-S¹³⁺离子的2s²2p^k-2s2p^k+1和2s2p^k+1-2s2p^k+2(k=0,1,2,3,4)之间的跃迁,理论计算结果与实验谱线波长之间的绝对误差大多数都在实验的有效分辨力以内。     

中等光强纳秒激光电离苯团簇产生多价碳离子的数值模拟和实验研究

飞秒强激光与团簇相互作用产生多价离子的现象已被广泛报道,然而近期多个研究小组发现当功率密度低至1010W/cm2的纳秒激光照射团簇时,同样也观察到了多价离子的存在.虽然可以用"多光子电离引发-逆韧致吸收加热-电子碰撞电离"电离机理对这种现象进行解释,但是缺乏相应的数值模拟.建立了一个简化的数值模型,根据有质动力势Up计算团簇内电子能量,再由Lotz公式计算出相应的电离截面,最后由动力学反应速率方程计算出团簇内多价碳离子随时间的演变.详细分析了团簇尺寸、电子密度等关键参数对多价离子产生的影响.数值模拟结果表明:团簇电离在小于0.7 ns时间尺度内完成,C2+,C3+和C4+多价离子强度达到平衡后,离子相对强度由大到小依次为C2+,C3+,C4+,这与实验结果相一致;多价离子的价态随着团簇尺寸的增加而升高,半径为5.6 nm的苯团簇比半径为3 nm的苯团簇更容易产生高价态的离子,这也与实验结果相一致.     

乙醚团簇在纳秒激光场中的多价电离及其电子能量分布的研究

用5ns,1064nm的脉冲Nd:YAG激光,研究了乙醚团簇与纳秒激光的相互作用.在10¹¹ W/cm²量级光强下,观察到价电子完全剥离的O⁶⁺,C⁴⁺,且这些高价离子的强度比值基本不随激光能量而变化.用阻滞电压方法测量了电离过程中溢出电子能量分布,在最大激光能量4.0×10¹¹ W/cm²,溢出电子的平均能量为56eV,最大能量为102eV.实验结果支持了高价离子产生的“多 关键词： 高价离子 电子能量 纳秒激光 乙醚团簇     

纳秒强激光电离苯产生高价碳离子的波长效应

随着高强度超短脉冲激光器的发展 ,分子、原子与强激光场的相互作用已经成为一个重要的研究领域 ,其中分子或原子团簇在强场下发生的库仑爆炸现象成为研究的热点之一 .苯具有高对称的环形结构 ,激发态能级密集 ,因此 ,不论是早期的激光对分子的多光子电离解离 (MPID) ,以及强场与多原子分子的相互作用 ,还是后来超短脉冲激光下团簇相关的库仑爆炸研究都将其作为一个重要的研究对象[1- 8] .最近 ,我们用波长为 5 3 2nm、脉宽为 2 5ns的激光对苯等物质进行电离时 ,发现在 1 0 10 ～1 0 11W/cm2 的功率密度下 ,其质谱中出现了高平动能的C2 +…     

丙酮分子的分质量共振多光子电离光谱及多光子电离—离解机理研究

用多光子电离飞行时间质谱法三光子与丙酮分子３ｄ形态和４ｓ态共振的激光波长区域获得了丙酮分子的共振多光子电离分质量多光子电离（ＭＰＩ）光谱和飞行时间质谱，实验观察到的主要产物是ＣＨ３ＣＯ＾＋和ＣＨ＾＋３，还观察到了少量的Ｃ＾＋，ＣＨ＾＋，ＣＨ＾＋２和ＣＨＯ＾＋，在实验的激光波长范围内未见到母体离子，分质量多光子电离光谱具有相似的光谱结构，几个主要谐峰分别对应着（ｎ０，３ｄ）和（ｎ０，４ｓ）里德堡跃迁     

Ellipticity-dependent of multiple ionisation methyl iodide cluster using 532 nm nanosecond laser

The dependence of multiply charged ions on laser ellipticity in methyl iodide clusters with 532 nm nanosecond laser was measured using a time-of-flight mass spectrometer. The intensities of multiply charged ions I^q+(q = 2–4) with circularly polarised laser pulse were clearly higher than those with linearly polarised laser pulse but the intensity of single charged ions I⁺ was inverse. And the dependences of ions on the optical polarisation state were investigated and a flower petal and square distribution for single charged ions (I⁺, C⁺) and multiply charged ions (I²⁺, I³⁺, I⁴⁺, C²⁺) were observed, respectively. A theoretical calculation was also proposed to simulate the distributions of ions and theoretical results fitted well with the experimental ones. It indicated that the high multiphoton ionisation probability in the initial stage would result in the disintegration of big clusters into small ones and suppress the production of multiply charged ions.