高振动激发Na2与Ar,H2的碰撞弛豫

受激发射泵浦(SEP)激发Na2(X1Σ+g)的(v=33~51,J=11)高位振动态,利用激光诱导荧光(LIF)光谱研究了Na2(X)高位振动态分别与Ar和H2的碰撞能量转移过程。SEP布居的高位态粒子的衰减曲线是一纯指数函数,由此得到总碰撞转移速率系数,它们随振动能级的增加而线性增加。测量从νp=48,Jp=11转移到(47,J)态上布居的LIF光强的相对强度,得到相对转移速率系数,再由总转移速率系数得到态—态转移的绝对速率系数。对于Na2(ν)+Ar,多量子弛豫没有观察到。对于Na(ν=48)+H2,由泵浦得到的高位态ν=48上的布居的相当大的部分直接弛豫到较低能级ν=43(Δν=-5),所用的弛豫时间比位于ν=48和43中间的态之间的碰撞时间还要短,故相继单量子弛豫的机制可消除。对于ν=48,至少有占其布居数的40%的粒子经历了多量子振动弛豫过程,对这种过程的可能机制进行了讨论。     

高激发振动态RbH（Х1Σ+,ν″=15～22）与H2,N2的振动-振动碰撞能量转移

脉冲激光激发Rb原子至6 D态,Rb(6 D)与H2反应生成RbH(Х1Σ+,ν″=0～2)振动态。研究了RbH(Х1Σ+)高位振动态与H2,N2间的碰撞弛豫过程,利用泛频泵浦分别激发Х1Σ+(ν″=0)至Х1Σ+(ν″=15～22)各振动态,检测激光激发Х1Σ+(ν″)至A1Σ+(ν′),测量A1Σ+(ν′)的时间分辨激光感应荧光光谱,利用Stern-Volmer方程,得到振动能级ν″的总的弛豫速率系数kν(H2)。在H2和N2的混合气体中,总弛豫速率系数kν(H2+N2)与α(H2的摩尔配比)成直线的关系,其斜率为kν(H2)-kν(N2),而截距为kν(N2)。对于ν″<18主要发生单量子弛豫(Δν=1)过程,kν(H2)和kν(N2)与振动量子数ν″均成线性增加关系。对于ν″≥18,多量子弛豫(Δν≥2)过程及共振振动-振动转移起重要作用。对于RbH(ν″=21)+N2(0),测量ν″=16的布居数时间演化轮廓,在20μs内有一个锐锋,在100～200μs内有一个较低的宽峰,锐锋相应于RbH(ν″=21)+N2(0)→RbH(ν″=16)+N2(1)的共振转移过程,而宽峰是由相继的单量子过程产生的。     

HBr(X~1Σ~+ν~″=5)分子与H_2,N_2,CO_2和HBr间的近共振振动-振动能量转移

利用简并受激超拉曼泵浦激发HBr(Χ~1Σ~+ν~″=5)振动态,由高分辨瞬时激光感应荧光(LIF)探测碰撞弛豫后HBr(ν~″≤5)各振动态时间分辨布居数的演化过程,得到了HBr(ν~″=5)分别与分子M(H_2,N_2,CO_2和HBr)的碰撞弛豫速率系数。对于M=CO_2,近共振的1-1振动-振动(V-V)能量转移是有效的,这一结果表明CO_2强的红外振动模对近共振V-V能量转移是有利的。而红外禁戒跃迁的N_2(0-1)的近共振V-V转移虽然也能观察到,但相应速率系数比CO_2小2个量级。碰撞分子的振动跃迁红外活性越强,能量转移速率系数越大。在HBr(ν~″=5)+HBr的自弛豫过程中,单量子弛豫率占总弛豫率的70%,而双量子弛豫约占25%。在HBr(ν~″=5)+H_2中,只有2-1的V-V近共振过程是重要的。同时还研究了V-V近共振能量转移速率系数与温度变化的关系,对于CO_2的1-1近共振,V-V能量转移速率系数随温度的增加而减小;对于H_2和HBr,其弛豫速率系数随温度的增加而增加;对于N_2,其弛豫速率系数随温度的增加而缓慢增加。     

RbH(X1∑+,v=O～2)能级与H2碰撞振动能量转移

利用积分时间分辨荧光光谱方法,研究了RbH(X1Σ+,v=0～2)与H2间的振动碰撞能量转移。在Rb-H2混合样品池中,泵浦激光双光子激发Rb原子至6D态,Rb(6D)与H2反应生成RbH(X1Σ+)分子,探测激光延迟泵浦激光20ns,通过激光感应荧光光谱(LIF)的测量,确定了X1Σ+(v=0～2,J)原生态的转动布居分布。增加检测激光与泵浦激光的延迟时间,测量了0～10μs延迟时间内各振动态时间分辨LIF强度,v=0,1能级荧光信号先增加后缓慢减弱,这是因为RbH在瞬间形成后通过碰撞转移和扩散而减少所致。通过速率方程分析,并利用振动能级上布居数变化与积分时间分辨荧光强度的关系,得到v=1→v=0和v=2→v=1的碰撞转移速率系数分别为(2.8±0.6)×10-11cm3·s-1和(3.4±0.8)×10-11cm3·s-1。而v=0,1,2的扩散率分别为(4.9±1.1)×105,(1.0±0.3)×105,(0.6±0.2)×105s-1。实验表明,v=2能级上布居数衰减率最大。     

H2(v=3)+H2(He)碰撞中的转动能量转移

激发态Na2与H2碰撞,使H2(v=3,J=3)得到布居,在H2和He总气压为800Pa及温度为700K的条件下,利用相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）光谱技术研究了H2(3,3)与H2(He)间转动能量转移过程。改变CARS激光束与激发Na2的激光之间的延迟时间,测量He不同摩尔配比时H2(3,J)态CARS谱强度的时间演化,得到H2(3,3)的总弛豫速率系数分别为=(21±5)×10-13cm3s-1和=(5.6±1.6)×10-13cm3s-1。测量H2(3,J)各转动态的相对CARS谱强度,由速率方程分析,得到H2(3,3)+H2→H2(3,J)+H2中,对于J=2,4,转移速率系数分别为11±4和8.2±3.1cm3s-1。在H2(3,3)+He→H2(3,J)+He中,对于J=2,4,转移速率系数分别为3.1±1.2和2.1±0.7cm3s-1。对于H2(3,3),单量子弛豫׀∆J׀=1约占该态总弛豫率的90%。     

InCl分子A3Π0态时间分辨谱研究

采用激光诱导荧光技术对 In Cl分子 A3 Π0 → X1Σ 荧光光谱进行了分析和归属 ,并对A3 Π0 (ν′=1)→ X1Σ (ν"=1,2 ,3,4 ,5)的时间分辨谱进行了观测 ,得到 In Cl分子 A3 Π0 态无碰撞辐射寿命τ0 ≈ 370 ns,无碰撞弛豫速率常数 k Q ≈ 9.87× 10 -11cm3 molec-1s-1。     

高振动激发态DBr(X~1Σ~+,v″=8、7)与 D_2,Ar间的碰撞振动能量转移

利用YAG激光器泵浦OPO激光简并受激超拉曼泵浦DBr分子至基电子态的高振动态v″=8、7,研究高振动态DBr分子与其他碰撞气体(Ar、D_2)的碰撞弛豫过程.对于DBr(v″=8)和Ar、D_2混合体系,由高分辨瞬时激光感应荧光光谱方法探测碰撞弛豫后DBr分子振动态v″=8的时间分辨布居数的演化过程.保持总压强不变,改变碰撞气体的摩尔配比,测量相应条件下的有效寿命,由混合气体系统中Stern-Volmer公式,得到DBr(v″=8)分子与Ar、D_2的碰撞弛豫速率系数分别为k_8(Ar)=(0.51±0.1)×10~(-12 ) cm~3molecule~(-1)s~(-1),k_8(D_2)=(3.50±0.8)×10~(-12) cm~(3 )molecule~(-1 )s~(-1);DBr(v″=8)分子的平均自弛豫速率系数为k_8(DBr)=(1.20±0.4)×10~(-12) cm~3molecule~(-1)s~(-1).对于摩尔配比为0.5的DBr和D_2混合体系,Ti宝石激光器分别双光子激发DBr v″≤8、7各振动态至第一电子激发态A~1Πv′态,测量各个振动态的荧光光强随时间演化,测量结果表明DBr (v″=8、7)与D_2的碰撞弛豫中均发生了二量子弛豫;对于摩尔配比为0.4的DBr(v″=8)和Ar混合体系,只有连续单量子碰撞弛豫过程.     

高位振动态RbH(Х1Σ+,v″≧15) 与CO2碰撞转移中的能量相关性

研究了高位振动态RbH(Х1Σ+,v″=15-21)与CO2碰撞转移过程。脉冲激光激发RbH至高位态,利用激光感应荧光 光谱(LIF)得到RbH(Х1Σ+,v″)与CO2的猝灭速率系数,。利用激光泛频光谱技术,测量了CO2(0000,J)高转动态分布。得到了转动温度,从而获得了平均转动能和转动能的变化<ΔErot>,发现。对于v"=16,证实了振动—振动能量转移的4-1近共振过程。在一次碰撞条件下,通过速率方程分析,得到RH(v")-CO2振转速率系数。对于v"=15,J=32-48,速率系数在1.25-0.33×10-13cm3s-1.之间,对于v"=21,速率系数在2.47-1. 53×10-13cm3s-1之间,其能量相关性是明显的。     

Cs(6D_J)+(H_2,H_e)的反应与非反应碰撞能量转移

在样品池条件下,利用原子荧光光谱方法,测量了Cs(6DJ)与H2,He碰撞中的反应与非反应能量转移截面.利用脉冲激光886nm线双光子激发Cs(6S)到Cs(6D3/2)态,原子荧光中除含有6D3/2→6P的直接荧光外,还含有6D5/2→6P的转移荧光.利用三能级模型的速率方程分析,在不同的He和H2密度下,分别测垦直接荧光与转移荧光的时间积分荧光强度比,得到了6D3/2与H2和He碰撞的精细结构转移截面分别为σ=(55±13)×10-16和(16±4)×10-16 cm2,同时确定了6D5/2与H2和He的碰撞猝灭速率系数.6D5/2态与H2的碰撞猝灭速率系数比6D5/2与He的大,它是反应与非反应速率系数之和,利用实验数据确定非反应速率系数为6.3×10-10 cm3·s-1,得到6D5/2与H2的反应截面为(2.0±0.8)×10-16 cm2.利用不同H2(或He)密度下6D5/2→6P3/2时间积分荧光强度,得到6D3/2与H2反应截面为(4.0±1.6)×10-16 cm2,6D3/2与H2反应的活性大于6D5/2.     

存在缓冲气体的Cs蒸气中的三体碰撞

本文研究了Cs(6P3/2) Cs(6P3/2) He→Cs(4FJ) Cs(6S1/2) He的碰撞能量转移过程.在温度为337～357 K,利用单模半导体激光器共振激发Cs原子至6P3/2态,利用另一与泵浦激光束反向平行激光束作为吸收线探测6P3/2态原子密度及其空间分布.缓冲气体增大了两个6P3/2原子间的能量转移,这可从测量由两个Cs(6P3/2)原子碰撞而被布居的4FJ态所发射的荧光得到证实.得到三体碰撞速率系数为(1.35±0.18)×10-27 cm6s-1,(2.22±0.21)×10-27 cm6s-1.     

振动激发KH与CO_2碰撞中能量的时间分辨分布

K(5P)与H2反应产生KH(Х1Σ+)的ν″=0~3振动能级,泛频激发KH至ν″=17高位振动态。通过测定KH(ν″=17,3)与CO2碰撞过程中振动能的时间分辨分布(即Tν的变化过程),研究了高低振动态碰撞传能的不同特点。对于KH(ν″=17),振动温度Tν的变化分为三个阶段:第一阶段(0~5μs)Tν迅速下降,能量应主要转移至CO2(0001)振动态或(0000)高位转动态;第二阶段(5~20μs)Tν仅稍有下降,向CO2振动态及高位转动态的能量转移已结束;第三阶段(20μs后)Tν虽然缓慢但明显下降,表明向CO2低转动态及平动能的转移加速。对于KH(ν″=3),Tν的变化只分为两个阶段:第一阶段(0~10μs)的共振V-R过程迅速降低了振动温度;第二阶段(10~80μs)Tν有一个缓慢下倾,只能转移到很低的转动态和小的平动能。这些结果表明了振动激发态分子与基态分子碰撞中仅用单一速率系数不能正确揭示复杂平衡过程的本质,不同的阶段应该用不同的速率系数来描述。利用瞬时吸收技术得到CO2(0000)和(0001)的原生态转动布居分布,通过速率方程分析,得到平衡过程中不同阶段的速率系数。     

Rb(5 P_J)+(He、N_2)碰撞能量转移

在气体样品池条件下,研究了Rb(5PJ) (He、N2)碰撞能量转移过程.调频半导体激光器稍微调离共振线,激发Rb原子至Rb(5P3/2)态,在不同的He或N2气压下,测量了直接5P3/2→5S1/2荧光和转移5P1/2→5S1/2荧光.对于5PJ与He的碰撞.电子态能量仅能转移为He原子的平动能.在与N2的碰撞中,向分子振转态的转移是重要的.利用速率方程分析,可以得到碰撞转移速率系数,对于He,5P3/2→5S1/2转移速率系数为2.23×10-12cm3s-1.对于N2,测量5PJ He和5PJ N2二种情况下荧光的相对强度比,利用最小二乘法确定5P3/2→5S1/2转移速率系数为4.38×10-11cm3s-1,5PJ态猝灭速率系数为5.45×10-11cm3s-1.与其他实验结果进行了比较.     

Rb(5PJ)与He,N2的碰撞精细结构混合和猝灭

在气体样品池条件下,研究了Rb(5PJ) (He,N2)碰撞能量转移过程.用调频半导体激光器激发Rb原子至Rb(5P3/2)态,在不同的He或N2气压下,测量了直接5P3/2→5S1/2荧光和转移5P1/2→5S1/2荧光.对于Rb(5PJ)与He的碰撞,只发生精细结构转移(略去碰撞猝灭效应),电子态能量仅能转移为He原子的平动能.在与N2的碰撞中,向分子振转态的转移是重要的.本实验中,Rb的密度为4.5×1011 cm-3,由辐射陷获理论得到5P1/2→5S1/2的有效辐射率为2.47×107 s-1.利用速率方程分析,可以得到碰撞转移速率系数,对于He,5P3/2→5S1/2转移速率系数kHe21=2.61×10 12 cm3·s.对于N2,测量5PJ He和5PJ N2两种情况下直接荧光与敏化荧光的相对强度比,利用最小二乘法确定5Pa/2→5S1/2转移速率系数kN212=2.36×10-11 cm3·s,5PJ态猝灭速率系数kN2=1.44×10-11 cm3·s-1.由实验结果证实了Cs-N2主要是直线式碰撞传能机制,与其他实验结果进行了比较.     

NO2分子在440～495 nm范围内的激光诱导荧光激发谱

以 NdYAG脉冲激光器泵浦的光学参量发生器/放大器作激发光源, 获得了室温、低气压条件下, NO2分子在440～495 nm波长范围内的激光诱导荧光激发谱, 将所得谱线峰归属为NO2由基电子态X2A1态向第二电子激发态B2B1态的跃迁, 利用实验所得峰值波长计算了NO2分子B2B1态的角振动频率ωe. 通过对NO2分子B2B1→X2A1跃迁的荧光时间分辨光谱进行实验研究, 得到15 Pa气压下B2B1(0, 9, 0)振动态的能级寿命τ=49 μs. 测量了荧光寿命随气压的变化关系, 利用曲线拟合得到NO2 B2B1(0, 9, 0)振动态的自发辐射寿命τ0≈55 μs和无辐射跃迁弛豫速率常数. kq=1.2×10-9 cm3 molecule-1s-1.     

Cs(8S -4F)-Ar，H2的碰撞能量转移

利用脉冲激光器双光子激发Cs-H2（或Ar）样品池中的Cs原子至8S态,研究了Cs(8S)+M→Cs(4F)+M ,(M= H2,Ar)碰撞能量转移和Cs(4F)+H2→CsH+H反应过程,建立了二能级模型的速率方程组。在不同的Ar密度下测量直接8S→6P与敏化4F→5D积分荧光强度比,得到8S→4F转移速率系数5.3×10-12cm3s-1和4F态的猝灭速率系数4.4×10-13cm3s-1。用相同的方法测得Cs－H2中8S→4F的转移速率系数为1.0×10-9cm3s-1,而4F态的猝灭速率系数1.3×10-10cm3s-1比Cs－Ar中大得多,它是反应与非反应速率系数之和。利用实验数据确定非反应速率系数为8.3×10-11cm3s-1,得出Cs（4F）与H2的反应截面为(2.0±0.8)×10-16cm3s-1。与已有的其它实验结果比较,Cs各激发态与H2的反应活动性顺序为7P>4F>6D>8S。     

紫外光区S_2分子激光诱导荧光光谱

利用真空脉冲放电超声射流气体束(H_2S/Ar~3%混合气体)的方法产生了气相S_2分子,并研究了30 400~34 400cm~(-1)范围内S_2分子的时间分辨和基态振动频率分辨的激光诱导荧光光谱,获得了184支谱带的高分辨率(0.1cm~(-1))和低分辨率(0.3cm~(-1))转动光谱。实验观测并归属了S_2分子B_u~(Σ-)-X~3Σ_g~-和B″~3Π_u-X~3Σ_g~-共84支振动跃迁,分析得到了激发态B~3Σ_u~-态ν=0~9和B″~3Π_u态ν=2~12的分子常数以及B~3Σ_u~-态的基态平衡分子构型。由于S_2分子B~3Σ_u~-与B″~3Π_u态之间存在微扰,这两个电子激发态的振动能级间隔、自旋分裂常数和自旋-轨道分裂常数变化不规律,转动跃迁强度和跃迁选择定则存在异常,利用~3Σ-~3Π的齐次微扰哈密顿量定性地对这些异常光谱进行了解释,进一步丰富了S_2分子紫外区低能电子激发态的信息。     

激发态Cs2和H2的电子-振转能级的碰撞转移

利用相干反斯托克斯拉曼光谱(CARS)探测技术, 研究了激发态Cs2与H2间的电子-振转能级的碰撞转移。用波长为532 nm和中心波长为716 nm的两束激光同时聚焦到样品池中, 扫描CARS谱确认了H2分子的S支(△v =1, △J=2)仅在v=1, J=4,5及v=2, J=3,4能级上有布居, 用n1、n2、n3、n4分别表示(2,4)、(2,3)、(1,4)及(1,5)上的粒子数密度。从CARS线的峰值得到n2/n1、n3/n1、n4/n1分别为6.34±1.27、3.66±0.73和1.45±0.29。转移能配置到振动、转动和平动的比例分别为0.44、0.06和0.50, 能量主要分配在振动和平动上。在T=523 K和PH2=2.5×103 Pa条件下, 通过求解速率方程组和对时间分辨CARS线轮廓的分析, 得到碰撞转移速率系数k1=(6.0±1.2)×10-14 cm-3s-1和k2=(4.0±0.8)×10-13cm-3 s-1。     

H_2(v=1)与CO_2碰撞中CO_2的振动和转动激发

利用高分辨率瞬时激光光谱技术,研究了H2(1,1)与CO2碰撞中的能量转移。受激拉曼泵浦把H2(0,1)激发到H2(1,1)能级,H2(1,1)与CO2碰撞,使CO2的振转态得到布居,通过泛频吸收得到CO2(0000)和(0001)的转动态分布,测量H2(0,1)和H2(1,1)的CARS(相干反斯托克斯拉曼散射)谱,得到这二个能级布居数密度之比,而H2(0,1)密度通过在池温300K下H2(v=0)的转动Boltzmann分布得到。碰撞转移速率系数由一个速率方程得到,对于CO2(0000)J=48~76,速率系数ktr从(3.9±0.8)×10-11单调递增到(1.4±0.3)×10-10 cm3·molecule-1·s-1,而对于(0001)J=5~33,速率系数均在(4.3±0.9)×10-12cm3·molecule-1·s-1附近。随H2(1,1)的激发,在0.5μs内测量CO2(0000)和(0001)原生态的转动布居,得到玻尔兹曼转动温度Trot,对于(0000)态,有Trot=1 100K,对于(0001)态有Trot=310K,与池温接近。利用泛频吸收线的多普勒增宽测量,得到CO2各转动态的实验室平移温度Ttran和质心平移温度Trel,对于(0000)J=48和76,Trel分别为454和1 532K,平动能平均变化在231~1 848cm-1之间,而对于(0001)J=5~33,平均平动能基本无变化。     

高振动激发LiCs与CO_2碰撞中的振动-转动能量转移

受激发射泵浦得到的LiCs高位振动态与CO_2碰撞,研究了LiCs不同能量对碰撞能量转移过程的影响.利用高分辨率瞬时激光感应荧光(LIF)测量得到CO_2(0000,J=2-74)原生转动态分布.转动布居数的半对数描绘给出了一个双指数结构,得到了一个T_a=660±73K[对LiCs(E=4300cm~(-1))]和550±61K[对LiCs(E=3700cm~(-1))]的低能分布,一个T_b=2380±261K[对LiCs(E=4300cm~(-1))]和1980±217K[对LiCs(E=3700cm~(-1))]的高能分布,低能分布属于弹性或弱非弹性碰撞,高能分布属于强非弹性碰撞.转动分布对LiCs能量是敏感的.但弹性与非弹性分支比基本是相同的.在一次碰撞的条件下,测量了各J态的出现和倒空速率系数,它们仅弱依赖于LiCs激发能.出现和倒空速率系数对不同LiCs能量基本一致,是振动-转动/平移弛豫轨道的重要证据.     

CsH(X1∑+,v≥15)与CO2碰撞中的振动-转动能量转移

研究了高位振动激发态CsH(v"=15～21)与CO2振动-转动碰撞转移过程.脉冲激光激发CsH至高振动态,利用激光感生荧光光谱(LIF)得到CsH(v")与CO2的猝灭速率系数kv"(CO2),kv"＝21(CO2)＝7kv"＝15(CO2).研究了CsH(v")+H2的弛豫过程,有kv"(H2)＞kv"(CQ),碰撞弛豫速率系数的质量效应明显.利用激光泛频光谱技术,测量了CO2(00°0)的转动态分布.对于CO2与CsH(v"=15)碰撞,CQ2有转动温度Trot=(605±50)K;对于v"=21,Trot=(780±70)K.基于转动温度,得到CO2的平均转动能〈Erot〉和转动能的变化〈ΔErot〉,发现〈ΔErot〉v"=21～2.7〈△Erot〉v"=15.由对CO2转动能级受激吸收线轮廓测量,得到J=36～48各能级的平均平动能〈Etel〉,对于v"＝15,〈Erel〉＝600～972 cm-1;对于v"=21,〈Erel〉=972～1351cm-1.低J值有低平动能.外推平动能到初始平动能520 cm-1(池温500 K的平动能)对于v"＝15和v"＝21,分别得到阈值Jth =34和24.大于初始平动能的转动态均处于Jth值之上.