纳秒激光电离分子团簇产生高离化离子的激光波长效应

 利用脉冲分子束-激光电离-飞行时间质谱仪，在10⁹～10¹² W·cm^-2激光功率密度条件下，考察了Nd：YAG激光器输出的1 064，532，266 nm波长的激光与苯、氨、硫化氢等团簇的相互作用。发现1 064 nm的激光可以电离分子束产生高离化态的C⁴⁺，N⁵⁺，S⁶⁺等离子；波长为532 nm的激光则电离产生价态较低的C³⁺，C²⁺，N³⁺，N²⁺， S⁴⁺，S³⁺以及S²⁺ 等离子；在266 nm波长条件下进行实验，没有产生任何高价离子。提出了一个“多光子电离引发-逆轫致吸收加热-电子碰撞电离”模型来解释高价离子的产生。激光场下电子在团簇内部的逆轫致加热是整个过程的关键步骤，电子被加热的速度正比于激光波长的平方。这可以解释为何长波长的激光有利于更高价态离子的产生。     

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.     

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     

飞秒强激光场中异核团簇的爆炸动力学

 利用Bathe过势垒模型,对飞秒强激光场中异核分子团簇((CH₄)_n,(CD₄)_n,(D₂O)n）的爆炸动力学过程进行了理论研究。结果表明:异核团簇爆炸后产生的离子能量与团簇初始半径的平方呈线性关系,爆炸机理为典型的库仑爆炸。研究发现,异核分子团簇发生库仑爆炸后的氘离子能量高于飞秒强激光和单核的(D)>)_n团簇相互作用后产生的氘离子能量,显示异核团簇中高Z元素电离后产生的高价离子对低Z元素离子有很强的加速作用。     

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.     

团簇在超强超短脉冲激光场中的演化

 利用低温脉冲气阀产生氘团簇束,在SILEX-Ⅰ激光装置上开展实验,研究氘团簇在超强超短脉冲激光场中的演化过程,获得了数十keV的高能氘离子,这些氘离子的能谱分布与库仑爆炸模型计算结果一致。实验结果表明,在一定的激光功率密度条件下,团簇的平均尺度决定了释放出高能离子的能谱分布。激光辐照团簇后,通过阈上电离部分电子逃逸团簇,随着初始电离电子屏蔽作用加强,碰撞电离变成了团簇的主要电离机制。     

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.     

甲醇/水混合团簇的多光子电离质谱研究

利用多光子电离技术结合飞行时间质谱仪对甲醇/水混合团簇进行了研究.在脉冲激光波长为355 nm条件下观测到团簇离子.主要的电离产物为质子化的(CH3OH)n(H2O)H+(n=l-13)混合团簇离子与(CH3OH)nH+团簇离子,经分析(CH3OH)1o(H2O) H+和(CH3OH)3H+为幻数结构.甲醇水混合团簇电离后团簇离子发生内部质子化转移反应是形成质子化团簇离子的主要原因.不同尺寸团簇离子信号强度随电离激光光强变化的光强指数曲线显示,团簇均发生四光子电离过程.     

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     

Cluster-assisted generation of multicharged ions in nanosecond laser ionization of carbon bisulfide clusters at 1064nm

The photoionization of seeded carbon bisulfide molecular beam by a 1064\,nm nanosecond Nd-YAG laser with intensities varying from $0.8\times10^{11}$ to $5.6\times10^{11}$\,W/cm$^{2}$ have been studied by time-of-flight mass spectrometry. Multiply charged ions of S$^{q + }$ ($q$ = 2--6) and C$^{q +}$ ($q$ = 2--4) with kinetic energy of hundreds of electron volts have been observed, and there are strong experimental evidences indicating that those multicharged ions originate from the ionization of CS$_{2}$ neat clusters in the beam. An electron recolliding ionization model is proposed to explain the appearance of those multiply charged atomic ions under such low laser intensities.     

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.     

Cluster-assisted generation of multi-charged ions in nanosecond laser ionization of pulsed hydrogen sulfide beam at 1064 and 532nm

The multi-charged sulfur ions of S^q= (q\le 6) have been generated when hydrogen sulfide cluster beams are irradiated by a nanosecond laser of 1064 and 532,nm with an intensity of 10¹⁰\sim 10¹²W1\cdotcm^-2. S⁶⁺ is the dominant multi-charged species at 1064nm, while S⁴⁺, S³⁺ and S²⁺ ions are the main multi-charged species at 532nm. A three-step model (i.e., multiphoton ionization triggering, inverse bremsstrahlung heating, electron collision ionizing) is proposed to explain the generation of these multi-charged ions at the laser intensity stated above. The high ionization level of the clusters and the increasing charge state of the ion products with increasing laser wavelength are supposed mainly due to the rate-limiting step, i.e., electron heating by absorption energy from the laser field via inverse bremsstrahlung, which is proportional to \lambda ², \lambda being the laser wavelength.     

Multiple ionization of rare gas atoms irradiated with intense VUV radiation

The interaction of intense vacuum-ultraviolet radiation from a free-electron laser with rare gas atoms is investigated. The ionization products of xenon and argon atomic beams are analyzed with time-of-flight mass spectroscopy. At 98 nm wavelength and approximately 10(13) W/cm(2) multiple charged ions up to Xe6+ (Ar4+) are detected. From the intensity dependence of multiple charged ion yields the mechanisms of multiphoton processes were derived. In the range of approximately 10(12)-10(13) W/cm(2) the ionization is attributed to sequential multiphoton processes. The production of multiple charged ions saturates at 5-30 times lower power densities than at 193 and 564 nm wavelength, respectively.