锂原子的光激发和电场电离

对处于25P Rydberg态的锂原子进行了电场电离的理论研究。采用三步共振激发技术,沿2S1/2—2P3/2—3D3/2—25P的激发路径,使锂原子在25P Rydberg态上布居,再施加脉冲电场使其电离。针对上述光激发+场电离过程所涉及的各个原子态的粒子布居,建立起速率方程组,再通过拉普拉斯变换方法推导出各个态的粒子布居率和电离效率的解析表达式,以便对各个阶段的物理机理和特性进行理论分析。通过用Matlab语言自编的计算软件,不但定量分析了不同激光参数对光激发过程的影响,还研究了脉冲电场的参数对原子电离率的影响。研究表明,在本激发路径下,难以显著提高对25P Rydberg态的光激发效率,因而限制了电场电离的总体效率。     

脉冲激光场选择性光电离同位素原子

对三个脉冲激光场与两种四能级同位素原子选择性相互作用的动力学过程进行了研究。由旋转波近似下的含时Ｓｃｈｒ?ｄｉｎｇｅｒ方程出发，利用Ｓｙｌｖｅｓｔｅｒ定理分别对于近共振和非共振两种激发过程的动力学方程求解，导出了激发和电离几率的解析表达式。研究结果揭示了窄带强激光激发原子的过程中的相干振荡特性。在近共振激发时，导出了粒子布居在激发态上反转的条件，并由此提供了选择性激发和电离过程中所采用的脉冲激光源之基本参数的选择依据。 关键词：     

量子统计权重对原子场电离效率的影响

原子能级的量子统计权重(G)是原子的重要光谱参数,但在研究原子的电离过程中通常却为了简化问题而被忽略.本文在锂原子的三步光激发(PE)+电场电离(EFI)过程中计入了其影响,并发现其对原子EFI效率的影响显著.本文精心设计了一套锂原子的PE+EFI方案:首先,采用三台不同波长的脉冲激光器分三步将原子从基态激发到某一Rydberg态上,经过一段时间延迟后再施加脉冲电场将其电离.针对原子所经历的PE、零场和EFI这三个物理过程,本文对其物理机制进行了分析并建立了服从粒子数守恒的物理模型进而导出了显含G参数的普适的速率方程组.其次,通过Matlab编程,分别针对精心选定的两条激发路径2S_(1/2)→2P_(1/2)→3S_(1/2)→25P_(1/2,3/2)和2S_(1/2)→2P_(3/2)→3D_(5/2)→25F_(5/2,7/2)开展了数值计算.研究发现:PE+EFI过程的总体效率的上限既与激光参数无关,也不依赖于G参数的绝对值,而是决定于Rydberg态的G参数的分支比.总之,通过精选激发路径可以调控PE过程各相关态的布居率,并能适当提高PE+EFI过程的总电离效率,但却因受到Rydberg态布居率的限制而很难进一步提高.     

碘化铯分子的光离解及生成物铯原子的共振电离研究

利用脉冲激光束与分子的相互作用，对ＣｓＩ分子进行了光离解。同时，用另一束可调谐激光对ＣｓＩ分子离解后产生的中性铯原子进行共振激发，然后把处在激发态的铯原子进行光电离。对Ｃｓ＋的飞行时间质谱进行了分析，并对光离解及光电离过程中可能存在的多光子电离（ＭＰＩ）进行了讨论。     

由宽波段多光子作用产生的锂分子高位态受激辐射

本文报道了以６２０．６￣６６５．０ｎｍ范围内任意波长激光作用下产生的锂分子高位态紫外扩散带受激辐射的实验结果,在锂分子－原子系统中,由激光双光子激发、并通过碰撞能量转移过程以及多光子电离复合过程使锂分子高位态获得布居,从而得到紫外区扩散受激辐射,该辐射来自较高的某个三重态向低排斥态ａ＾３Σｕ＾＋的跃迁的结果。文中对有关的辐射特性及激发机制进行了详细的分析和讨论。     

激光共振电离铝原子研究

就Ｎｄ：ＹＡＧ及其泵浦的染料激光进行铝原子三步共振电离。求解了非饱和共振过程速率方程，并获得解析解。在一些典型实验条件下，计算出基态和激发态吸收截面，给出电离效率分别与激发电离速率以及作用时间的关系，得到饱和激发电离的流量条件和通量条件等，并进行了讨论     

开放三能级系统无反转激光

利用求密度矩阵稳态解的方法得到了一般泵浦和衰变情况下Λ型开放三能级原子系统在强相干光作用下无反转激光的条件。我们证明初始泵浦率和能级间自发辐射率的反转代替了稳态布居数的反转,共同促进了无布居数反转光放大,而且只要前两者之一满足就可以实现无反转光放大。然后利用求解简化原子模型波函数解析解的方法,描述了原子演化使得光场放大的过程,解释了量子干涉在三能级原子无反转激光中的作用。     

铕原子4f76p3/2nd自电离态的光谱

利用三步三色孤立实激发技术(ICE),系统地研究了铕原子4f76p3/2 nd自电离态的光谱,同时首次研究了激光偏振对复杂原子的光谱的影响.为了研究铕原子4f76p3/2 nd自电离态的光谱,首先设计并采用了不同的激发路径,分别将原子布居到同一高激发能域并探测它们在该能域的自电离光谱.通过比较这些光谱的异同并结合上述激发路径所对应的跃迁选择定则,便可唯一地确定这些高激发态的总角动量.为了研究激光偏振对铕原子的影响,设计并使用了两种偏振组合:三步激光都是垂直(πππ),三步激光都是平行(σσσ)(激光偏振方向相对于探测器垂直或平行).为了得到有偏振影响的光谱,分别使3部激光器处于同一偏振,依次对铕原子进行激发,激发路径与终态同上.通过对同一路径不同偏振下的光谱的比较,发现仅能确定极少数的高激发态的总角动量,同时在光谱中一些峰独立于另一偏振光谱存在.     

铕原子Rydberg态的场电离研究

利用三步激光共振激发结合场电离探测技术,系统地研究了铕原子归属于第一电离限4f76s 9S4的4f76snp Rydberg态的场电离过程,得到了铕原子4f76snp Rydberg 态的场电离光谱图。在光激发之后施加脉宽为0.2μs的脉冲电场,连续扫描电压得到场电离过程图。从4f76snp Rydberg态的场电离过程图谱中,可以精确地获得态的场电离阈,观察电场逐步从0到3 kV变化时原子的演化过程。特别是,受黑体辐射的影响,一些结构出现在了场电离光谱图上。     

镓原子激光共振电离研究

就Ｎｄ：ＹＡＧ及其泵浦的染料激光进行镓原子三步共振电离。求解了非饱和共振过程的速率方程，并获得解析解；在一些典型实验条件下，计算出基态和激发态的吸收截面，给出电离效率分别与激发电离速率以及作用时间的变化关系，得到饱和激发电离的流量条件和通量条件等。并进行了讨论。     

吸收谱线Doppler展宽对原子多步光电离的影响

原子法激光同位素分离的核心之一是如何高效地将原子激发电离.本文从原子法激光同位素分离的实际情况出发,研究了原子吸收谱线的Doppler展宽对原子电离率的影响.研究中使用的理论工具是原子激发电离的密度矩阵方程,并利用数值计算方法对方程进行求解.研究结果表明:当吸收谱线有Doppler展宽时,在激光参数不变的条件下原子电离率会降低;且当激光功率固定时,存在使原子电离率为最大的线宽值.这与已发表文献中无Doppler展宽时的计算结果有很大不同.为了追求最佳的原子电离效果,在原子法激光同位素分离系统中激光应该尽可能地工作在最佳线宽条件下.如果激光线宽有不可控的随机波动,在技术上让激光线宽略大于最佳线宽更为有利.无论如何控制激光线宽,尽可能地降低原子吸收谱线的Doppler展宽都有利于原子电离率的提高.     

铈原子偶宇称自电离态激光共振电离光谱

给出了利用三色三光子激光共振电离光谱技术研究铈原子偶宇称自电离态的结果。27个有较大跃迁截面高奇宇称激发态被用作第二激发态。第三台染料激光波长在634～670nm范围内扫描,发现了141个偶宇称自电离态能级。为了寻求最佳电离方案,对有较大自电离态能级跃迁截面的各电离路径进行了初步的判定,推荐了8条较佳的电离路径。     

用光电离技术探测钐原子的奇宇称束缚激发态的光谱

采用光电离探测方法,对钐原子奇宇称束缚激发态进行了系统研究.通过设计三条不同的激发路径, 采用共振激发方式,先将钐原子分三步从基态激发到不同的束缚激发态,然后采用光电离手段对其进行探测. 通过对第三步激发光的波长进行大范围的扫描,在同一能域内获得了三组不同的光谱. 通过比对三条路径所得到的三组光谱,不仅精确确定了大量奇宇称束缚激发态的能级位置, 而且还获得了相应跃迁的相对强度的信息.最后,通过运用三条不同的激发路径的选择定则, 还确定了上述能级的总角动量. 关键词： 钐原子 束缚激发态 奇宇称 光电离探测     

Sm原子的偶宇称高激发态的光谱研究

采用双色三步激发和光电离过程,对Sm原子的偶宇称高激发态的光谱进行了研究.先采用两条激发路线分别将Sm原子两步共振激发至待测的高激发态,然后利用光电离技术对其进行探测.分别将第一束激光的波长固定在627.50nm和624.41nm上,以便将Sm原子从亚稳态共振激发到由4f⁶6s6p电子组态所构成的两个原子状态上.第二束激光在440-700nm的波段范围内扫描,不仅使Sm原子在30040-38065cm^-1能域内的偶宇称高激发态上布居,将其进一步光电离,测量了其光谱.通过光谱定标和选择定则等分析手段,本工作不仅精确获得了136个态的能级位置,而且也唯一确定了其总角动量,并且给出了相关跃迁的相对谱线强度.     

PHOTOEXCITATION OF ATOM WITH ULTRASHORT LASER PULSES

The uncoupled basis set is used to describe the interaction between the ultrashort pulses and the Na atom. Several polarization configurations of laser pulses have been investigated, which produce different effects on the two-step photoexcitation process. The study shows that the final states of the transitions driven by ultrashort laser pulses have a strong dependence on the laser polarization configuration. A comparison of the two different basis sets shows that the uncoupled basis set may provide more information than the coupled basis set, such as angular distribution of the atom in the final states of the transitions.     

Tunneling ionization of atoms with excitation of the core

A general formula is obtained for the probability of tunneling ionization of an atom accompanied by excitation of the core. This formula is a generalization of the Carlson formula for the probability of a single-photon two-electron transition in atoms. The limiting case of this formula, just as that of the Carlson formula, is the well-known random-perturbations approximation. Numerical results are presented for Zn, Sr, and Cd atoms. For these atoms the contribution of the excited states of singly charged ions to the probability of the formation of doubly charged ions is a nonmonotonic function of the laser radiation intensity. Analysis of the tunneling ionization of molecules shows that with overwhelming probability an ion is formed in the ground vibrational state, while for the standard photoionization the distribution over vibrational states is determined by the Franck-Condon factors.     

厚原子蒸气介质中原子选择性光电离的理论研究

激光在厚原子蒸气介质中传播时会产生脉冲形变和延迟现象,这会直接影响原子多步光电离过程中的电离率和选择性.从原子蒸气激光同位素分离的实际出发,对厚原子蒸气介质中的原子光电离过程进行了研究,利用密度矩阵方法描述原子的光电离过程,利用Maxwell方程描述激光在厚介质中的传播,建立了介质中同时存在两种同位素的激光传播电离方程组,考察了原子蒸气参数和激光参数对厚介质中平均电离率和平均选择性的影响.研究结果表明:对于较厚的原子蒸气介质,激光功率的增加使平均电离率升高,平均选择性下降;对于相对较薄的介质,适当地降低激光功率可以同时提高平均电离率和平均选择性.存在一个正的激光延时使原子蒸气中目标同位素的平均电离率达到最大.尽量延长激光脉冲的宽度不仅可以同时提高目标同位素的平均电离率和平均选择性,还可以降低对激光脉冲之间相对延时的控制精度.     

超短脉冲激光与钾原子的相互作用

采有耦合和非耦合表象,描述了超短脉冲激光与钾原子的相互作用。分析了进一步 激发光电离的过程,导出了跃迁终态随激光偏振组合的密切关键。     

Loading rate of Yb<Superscript>+</Superscript> loaded through photoionization in radiofrequency ion trap

We investigate the loading rate of Yb⁺ ions loaded through photoionization in a radiofrequency trap. The absolute or relative number of the loaded trapped ions is measured by use of an electric resonance of the secular motion. This method is applicable even in the presence of anharmonicity. In two-color photoionization, where the first-excitation laser drives the ¹S₀–¹P₁ transition in the Yb atom and the second one ionizes the atom from the ¹P₁ state, the loading rate is at its highest by the excitation of the ionization potential. A similar loading rate is observed at the second-laser wavelength around 369.5 nm, which is the wavelength for the cooling transition of Yb⁺. We estimate the loading cross section to be 40(15) Mb for the two-color excitation of the ionization potential. The excitation of the Yb atoms in the Rydberg states is detected by the enhancement of the loading rate. By irradiation with only the first-excitation laser, Yb⁺ is produced at a rate three orders of magnitude smaller than that when the non-resonant two-photon absorption from the ¹P₁ state is the dominant process. We also measure the charge-exchange rate between Yb⁺ and Yb, and discuss its effect on isotope-selective photoionization loading.