基于碰撞产生的频域和时域内的量子干涉效应研究

从理论和实验两方面对以往较少涉及的原子-分子混合体系中基于碰撞而产生间距较大多能级间的相干和两延时波包间的相干及量子干涉效应进行研究,揭示通过碰撞这种非相干过程可产生在频域内具有较大能级间距多能级间的相干和时域内两延时波包间的相干.运用半经典密度矩阵理论及缀释态理论对碰撞产生的多能级系统量子干涉效应进行计算和分析;同时实验上用ns脉冲染料激光器观察到钠原子-分子混合体系中基于等频双光子两步激发及钠原子-分子混合激发而产生的钠原子3S-3P(1/2,3/2)-5S(或4D)系统基于碰撞产生的频域和时域内的量子干涉效应.本工作为进一步运用非相干碰撞过程研究较大间距多能级间和两延时波包间的相干提供了一种新的有效的方法,可望在高灵敏高精度激光光谱、原子分子激发态结构信息及物理化学过程的控制等方面具有广泛的应用.     

H_2S里德堡序列共振增强多光子离化光谱

以纳秒Nd∶YAG脉冲激光器三倍频(355nm)激光抽运的染料激光器为激发光源,在484~520nm波长范围内,采用共振增强多光子离化光谱(REMPI)方法,对H2S分子里德堡序列的能级特性进行了实验研究,得到了谱峰间隔随激光波长增长而呈近二倍变化的两套谱峰序列嵌套而成的规则序列。该谱峰序列对应于H2S分子的里德堡序列激发。依据H2S分子低位激发电子态及里德堡序列的势能高度,可将离化过程确定为五光子4+1离化过程。并将所得到强谱峰序列归属为集结于珦H态的np(n=5,6,7,8)里德堡序列,将弱谱峰序列归属为集结于珟D态的ns(n=6,7,8)里德堡序列。两套序列的量子亏损分别为δ1=0.92和δ2=1.52。所得结果对H2S分子的光学检测及光谱特性研究具有重要意义。     

激光泵浦钠与分子混合蒸汽碰撞激发能量转移

使用脉冲或连续染料激光器激发钠与双原子分子混合蒸汽,实验上观察两个激发3P钠原子碰撞能量转移过程。当蒸汽泡中充入双原子分子气体CO或H_2时,出现荧光猝灭。速率系数K_(4D·5S)和能量转移截面σ_(4D·5S)比之没有分子(CO或H_2)气体参加时相应数值减小一个数量级。此外,K_(4D)随着泡温和分子气体压力的增加而增加(吸热反应)。惰性气体动能对于产生Na(4D,5S)不起重要作用。     

NO2分子里德堡态的光学-光学双共振多光子离化谱

采用光学-光学双共振多光子离化（Optical-optical double-resonant multiphoton ionization，简称OODR-MPI）技术详细研究了NO2分子里德堡态的能级结构。结果显示，用不同强度的激光作抽运光，尽管NO2分子的OODR-MPI谱均由规则的光谱序列组成，但NO2分子的离化通道存在很大区别，当抽运光强度较高时，NO2分子通过(3+1+1)双共振多光子过程离化；而当抽运光强度较低时，NO2分子通过(1+2+1)双共振多光子过程离化，两种离化机制的最终共振能级属于不同的里德堡态。     

铯原子激发态双色偏振光谱

基于铯原子阶梯型6S1/2-6P3/2-8S1/2 (852.3 nm+794.6 nm)能级系统,一束波长为852.3 nm的圆偏振光作为抽运光,将室温下气室中的铯原子由基态6S1/2激发到中间激发态6P3/2并极化,另一束波长为794.6 nm的线偏振光作为探测光,其频率在6P3/2—8S1/2态之间扫描,经过原子气室后差分探测便可获得铯原子激发态6P3/2—8S1/2能级跃迁之间的双色偏振光谱.实验上系统地测量、分析了抽运光频率失谐、偏振,以及抽运光与探测光同反向实验构型对双色偏振光谱的影响,并将其用于794.6 nm半导体激光器的稳频,锁频之后,225 s内的残余频率起伏约为0.5 MHz.     

双光子激发SO2气体激光诱导色散荧光光谱研究

以脉冲染料激光器579 nm激光为激发源,采用双光子激光诱导色散荧光光谱方法,对SO2分子第一激发带A对称电子态的激发及复杂退激发过程进行了实验研究.基态SO2分子吸收两个579 nm光子被激发至A1A2态,通过能量内转换或碰撞弛豫实现在A1 A2,B1 B1与a3B1态多个振转能级的再布居.三个电子态基振动能级向基态X1A1不同振动能级跃迁形成了305和425 nm处荧光包络与以347nm为中心的规则序列.另外,还观测到了SO2分子的三光子激发过程X1A1 →C1B2,此激发产生了200～278nm处的荧光包络和425nm处的谱线叠加现象.由实验数据计算出了SO2分子有关电子态的对称振动和弯曲振动模式的基振动角频率及非谐性常数.     

Rb蒸气中的5PJ+5PJ′→5S+5DJ″碰撞能量合并

研究了Rb(5PJ) Rb(5PJ′)→Rb(5S) Rb(5DJ″)的碰撞能量合并过程,一台单模半导体激光器共振激发Rb原子的5P1/2或5P3/2态,另一与泵浦激光束反向平行的单模激光束作为吸收线探测激发态原子密度及其空间分布,吸收线分别调至5P1/2→5D3/2和5P3/2→7S1/2跃迁,由激发态原子密度和谱线荧光比得到碰撞能量合并过程5PJ 5PJ′→5S 5DJ″的截面.两台激光器同时分别激发5P1/2和5P3/2态,通过对5DJ″→5PJ的荧光探测,得到5P3/2 5P1/2碰撞转移到5D5/2和5D3/2的截面分别为(1.12±0.50)×10-14和(1.01±0.45)×10-14cm2.     

钠分子高位2~1Ⅱ_g与C~1Ⅱ_u态之间的碰撞能量转移

通过双光子激发和探测后向受激辐射光谱的方法观察了钠分子高位单态2~1Π_g与C~1Π-x间的碰撞能量转移过程。理论上计算的C~1Π_x态的布居分布和由C~1Π_x→X~1∑_g~+跃迁产生的紫外受激辐射光谱,均与实验结果相符。还同时采用二台不同波长的染料激光器分别激发钠分子和钠原子,研究了不同激发态钠原子对钠分子高位激发态能量转移过程的影响。     

激光激发Cs+H_2系统形成CsH分子机理的实验研究

在Cs-H2混合系统中用激光将Cs原子激发到6P3/2能级,研究了CsH分子的形成机制.利用光学吸收法得到6P3/2态的密度及其空间分布,能量合并过程6P3/2+6P3/2→6D+6S1/2产生6D态原子;猝灭过程Cs(6P3/2)+H2(v=0)→Cs(6S1/2)+H2(v=2)产生H2(v=2)态.由6P3/2态原子密度及6D→6P3/2与6P3/2→6S1/2的荧光比得到碰撞能量合并速率系数,在不同的H2密度下,测量了转移荧光强度I895,得到了H2(2,J)态的产生速率系数kH2(2,J)=1.     

轴向隐失波激励的回音壁模式光纤激光器

采用轴向隐失波激励增益的方式,使激光增益区域局限在光纤回音壁模式的模场区域内,显著地降低了回音壁模式光纤激光辐射的抽运阈值,由此形成一种低阈值的回音壁模式光纤激光器.在微焦耳量级的低抽运能量条件下,用回音壁模式光纤激光器研究了激光染料的浓度效应.实验结果表明,随着激光染料浓度的增加,回音壁模式激光辐射的波长向长波方向移动,激光波长范围变宽.用回音壁模式染料激光的四能级模型得到激光上能级和所有能级上的分子数比值γ(λ)曲线后,很好地解释了实验结果.低抽运阈值的回音壁模式光纤激光器,为研究液体激光现象提供了极为便利的手段.     

铥原子中等能量能级自然辐射寿命的时间分辨荧光测量

报道铥(Tm)原子10个中等能量激发能级自然辐射寿命的实验测量值.采用两台脉冲染料激光器将铥原子从基态激发到待测能级,再从铥原子激发态所释放的荧光随时间衰变的规律推算出自然辐射寿命值.测量精确度为10％.     

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.     

无粒子数反转光放大实验取得可喜成果

激光是本世纪科学技术的最伟大成就之一,它已被广泛地应用于科学研究、生产实践的许多领域。目前使用的各种普通激光器在工作时都要求在工作介质的原子或分子的两个激光能级之间实现粒子数反转,也就是要求处于激光上能级的原子或分子数目比处于下能级的原子或分子数目多。因为只有实现粒子数反转,才能使光的受激发射大于受激吸收,从而达到净的光放大,进而产生激     

双色激光共振增强的气相C_6H_6分子的光电离谱

本文给出了双色激光共振增强的气相苯的光电离谱结果。激发光子首先把分子从基态选择激发到s-1电子单态中一个确定的振动态,然后第二台激光器输出的离化光子把这个激发分子离化。实验证明离子的产额不但与中间电子能级~1B_(2u)的振动态有关,且依赖于离化激光的波长。从所得到的离子谱的结构和强度可以求得离子的电子基态~2E_(1g)的振动频率及分子参数,精度较高。自离化里德堡能级对离化截面的贡献非常显著。某些自离化共振峰可以确认为是这些里德堡态的振动能级。     

钠原子第一激发态的非共振发射谱

一、引 言 这里的非共振发射谱是来源于碰撞引起的激发态精细结构之间的能量转移.对Na的第一激发态就是 Na(32P3/2)+X 　 Na(32P1/2)+X+　E(1)其中X是具有一定动能的碰撞原子,△E是3P态精细结构分裂能量。 精细结构之间的能量转移过程的研究不仅对于了解原子之间相互作用的机制有重要作用,而且很有实际意义.例如,最近Gelhwachs等人[1]把饱和光学非共振发射谱用于Na的单原子检测得到了相当好的结果. 我们利用Ar+激光泵浦的连续染料激光器对Na原子的D1,D2线分别进行选择性激发.观察了共振及非共振荧光.研究了它们随激发光强、Na原子密…     

低He气压下Rb(5P3/2)激发态有效辐射率的计算与测量

计算和测量了Rb-He混合蒸气中Rb(5P3/2)共振能级的有效辐射率,使用单模半导体激光器(泵浦激光)将Rb原子激发至5P3/2态,另一调谐到5P3/2→7S1/2的单模激光束(检测激光)与泵浦束反平行通过样品池,并在池的直径方向平行移动,通过对检测激光束的吸收测定了激发态原子密度及其空间分布.由于辐射陷获存在,有效辐射率是自然辐射率与透射因子(发射的光子在探测区域内没有被吸收的平均概率,它与吸收截面及激发态原子密度和空间分布有关)的乘积.5P3/2原子密度及其空间分布结合5P3/2←5S1/2跃迁线的碰撞增宽计算了透射因子,从而得到了不同He气压下,Rb D2线的有效辐射率.从5P3/2→5S1/2跃迁线强度I780的测量,得到的不同He气压下有效辐射率的比值与理论计算得到的比值相符.     

利用光电离技术研究奇宇称的Sm原子光谱

采用一台频率可扫描的染料激光器将Sm原子从4f66s2 7FJ(J=1,2)态分别激发到具有不同电子组态的若干原子态上,然后利用光电离技术对处于上述状态的Sm原子进行高灵敏探测.通过波长固定在355nm的紫外激光器,我们对一系列具有4f66s6p或者4f55d6s2电子组态的原子状态进行了精密的光谱测量.本实验研究不但确定了这些态的能级位置,还给出了它们的相对光谱强度.通过理论方法对光谱数据详细的分析,我们不但确认了文献中Sm原子的部分奇字称能级的位置和光谱标识,还同时给出了许多新的跃迁及其光谱特性.     

钾原子4S-6S双光子共振的实验研究

利用YAG激光抽运的染料激光器将钾原子由基态 4S双光子共振激发到 6S态 ,研究了钾原子 4S 6S双光子共振三光子电离的电离谱与温度、激光强度的关系 ,发现电离流的强度随着温度的升高而增强 ,当温度在 370℃附近时达到最大值 ,此时温度继续升高电离流强度减弱。在温度不变的情况下 ,电离流强度随着激光能量的增强而增强 ,当激光强度为 4 5× 10 5W /mm2 时到达最大值 ,继续增加激光强度 ,电离流强度趋于饱和。实验中观测到对应于 6S 4P的自发辐射     

N型四能级系统的原子吸收

研究了在较强光低饱和限制下相干光场与N型四能级原子相互作用系统中原子的吸收性质。借助于数值计算,讨论了较强光失谐、探针光强、激发能级向低能级衰减的分配系数对原子吸收的影响。结果表明,抽运场失谐使原子吸收发生横向变化,信号场失谐使原子吸收发生纵向变化;探针光强影响非线性吸收,并通过它影响原子吸收,当探针光强远小于抽运和信号光强时,原子吸收与线性吸收一致,均表现为电磁感应透明特征,当信号光强增大,非线性吸收产生了增益,原子吸收也由透明变为增益;激发能级同时向两个低能级衰减,当对应探针光的原子衰减通道的衰减分配系数趋近零时,原子吸收随该系数变化非常强烈,当该分配系数等于零时,其增益在探针场共振处趋于无穷大。     

高电荷态Krq+与Al表面碰撞发射可见光的研究

利用低速(V≈0.01 V_Bohr)高电荷态Kr^q+ (q=8, 10, 13, 15, 17)离子轰击金属Al表面, 获得了碰撞过程产生的300–600 nm的光谱. 实验结果表明: 低能大流强(μA/cm²量级)离子束入射金属表面, 可产生溅射原子、离子和入射离子中性化后发射的可见光. 随着入射离子势能(电荷态)增加, 碰撞过程中发射谱线的强度增强. 与激发态3d能级相比, 较高的势能可以有效地激发Al原子的电子到较高4s能级. 关键词： 高电荷态离子 可见光发射 离子与表面作用