基于OH自由基A2∑+→X2∏r电子带系发射光谱的温度测量技术

本文基于OH自由基所固有的分子结构特征,通过分子光谱理论系统地分析和计算了OH自由基A2∑+→X2∏r电子带系发射光谱的谱线跃迁频率、能级分布以及爱因斯坦自发发射跃迁概率等重要参数.同时结合实际的光谱实验,分析了谱线的自然展宽、碰撞展宽、多普勒展宽以及仪器展宽等各种展宽因索对谱线线型的影响,从理论上计算了任意转动温度、振动温度以及谱线展宽条件下OH自由基A2∑+→X2∏r电子带系发射光谱的强度分布,并分析了光谱强度分布与转动温度、振动温度以及谱线展宽的关系,为OH自由基A2∑+→X2∏r电子带系发射光谱测温技术提供理论依据.在实验过程中通过理论计算光谱与实验光谱进行拟合,对氢气燃烧火焰的转动温度和振动温度进行了初步的实验研究.     

Cl_2~+离子P支高激发振转态的跃迁谱线

基于描述双核分子体系包含转动光谱常数Lv所在高阶项在内的跃迁能谱的经典表达式,采用差分收敛法(DCM)的物理思想,推导获得了求解双核分子体系P支跃迁谱线的另一解析表达形式。对于某一双核分子体系的P支跃迁带,新的谱线表达式仅需要11条精确的实验跃迁谱线就可以正确预言高激发振转态的谱线结构,同时,利用谱线展开系数C还可以进一步给出计算谱线的不确定度以更可靠地预言高激发振转态的跃迁谱线。推导获得了相应的计算公式以正确获得对应跃迁带的转动光谱常数(B_(v′),B_(v″),D_(v′),D_(v″),H_(v′),H_(v″),L_(v′),L_(v″))。应用新的谱线表达式,对~(35) Cl_2~+和~(35) Cl ~(37) Cl~+离子电子态A~2Π_u-X~2Π_g(Ω=1/2)跃迁体系(3,7)跃迁带的P支跃迁谱线进行了详细研究,获得的计算结果不但能完全重复已知的实验数据,还获得了实验上未能获得的包含高激发振转态在内的跃迁谱线。另外,通过计算同时也得到了各跃迁带的高阶转动光谱常数。该研究方法和计算结果为人们进一步正确认识Cl_2~+离子电子态的内部能级结构及物理化学的相关性质提供了更完整的参考数据。     

基于可调谐激光吸收光谱技术的二硫化碳中红外光谱参数测量

采用4.6μm附近的量子级联激光器作为光源,搭建了一套二硫化碳(CS2)吸收光谱测量系统,结合可调谐二极管激光吸收光谱技术,对光谱范围为2178.99—2180.79 cm-1的CS2吸收光谱展开了深入研究,重点测量了2180.5—2180.74 cm~(-1)的四条吸收谱线,利用基于非线性最小二乘的多元线性回归算法对CS2吸收光谱进行拟合,精确得到了该范围内谱线的中心波长、线强以及空气展宽系数等光谱参数.经计算,对应谱线线强不确定度小于5%,空气展宽系数不确定度小于15%,这个结果可作为免标定CS2红外光谱探测的基础光谱参数,对痕量CS2气体传感具有重要意义.未来我们将进一步开展2170—2200 cm-1整个谱段的CS2谱线参数的测量,以期填补其在HITRAN和GEISA数据库光谱参数的空白.     

氧分子离子第一负带系（b^4∑g^——α^4Пu）（2，6）带的光谱测量与分析

采用光外差-速度调制分子离子吸收光谱技术，在近红外波段13170-13500cm^-1范围内，对氧分子离子第一负带（b^4∑g^--α^4Пu）（2，6）带进行测量和分析，有关第一负带（2,6）带光谱测量尚未见文献报道．本文简述了光外差-速度调制光谱技术的特点，同时给出了对复杂四重态跃迁谱带的分析，运用非线性最小二乘拟合获得了该跃迁上下态精确的分子常数。     

Cl2+离子R支跃迁光谱的理论研究

从双原子分子能级的物理表达式出发进行多次微分,建立了预测双原子分子体系R支高振转跃迁谱线的新解析公式. 使用新解析公式预测双原子体系R支高阶跃迁谱线的数据时,最多只需15条精确的实验跃迁谱线和该跃迁带中对应的上下 振动态的转动光谱常数B′_v 和 B″_v.将该解析公式用于预测Cl₂⁺ 离子 A²∏_u---X²∏_g跃迁系(3,7)带和(4,8)带的跃迁谱线,不仅精确的重复了实验给出的较低阶的跃迁光谱数据值, 而且正确预言了所研究体系中缺失的振转跃迁谱线,尤其是高阶的跃迁谱线数据.     

CO_2激光边带光谱仪用于SF_6分子v_3带Q支吸收谱的研究

用绝对频率精度优于1.2MHz的CO_2激光边带光谱仪记录了SF_6分子v_3带Q支的多普勒受限吸收谱,光谱范围在CO_2激光10P(16)支线中心两侧,距支线中心8.0～12.4 GHz。用内插法以<6MHz的均方误差测量了百余条跃迁谱线的频率,并标识出Q_Z、Q_R、Q_X、Q_W、Q_A等亚支的谱线,量子数J从26到83。用最小二乘法拟合实验数据得到了v_3带的部分光谱常数。     

氧分子离子A2∏u-X2∏g态转动光谱分析

利用光外差-速度调制吸收光谱技术,测量了氧气分子离子在11385～12100 cm^-1的多普勒分辨吸收光谱,获得的谱线被指认到该分子离子第二负带的(2,19)、(3,20)、(5,21)跃迁谱带．利用全局拟合方式,得到了涉及能级的精确分子常数．     

CO2对790 nm附近水线的压力加宽和位移

采用高灵敏的激光光腔衰荡光谱技术研究了CO₂对¹⁶O水分子v²+3v³振动带跃迁线的压力诱导效应. 为了抑制水的自碰撞效应,水的压力在实验中低于0.5 Torr. 基于铷原子吸收线和超稳法布里-珀罗标准确定了跃迁谱线高达10^-5 cm^-1精度的绝对频率. 采用软碰撞模型对吸收线进行模拟,获得了对应的线形参数.     

光谱黑度计的设计

利用常用的X－Y函数记录仪和一些简单的装置制作光谱黑度计，可以绘出光谱的黑度曲线并能精确地测出谱线波长．     

NO＿2ν＿2振动带的CO＿2激光磁共振垂直谱的观测

采用高灵敏度、高分辨率激光磁共振光谱（ＬＭＲ）方法，使用ＣＯ＿２激光器测量了分子ＮＯ＿２ｖ＿２振动带的垂直谱（ΔＭ＿Ｊ＝±１）．观测到了前人没有测过的新谱，在２２支激光谱线下新获得１００支塞曼（Ｚｅｅｍａｎ）跃迁谱线。     

基于可调谐半导体激光吸收光谱的H2O分子光谱参数测量研究

气体分子吸收谱线的光谱参数是影响吸收光谱测量精度的重要因素,分子光谱数据库中收录的光谱参数大都具有较大的不确定度,用以测量气体温度等参数时会产生较大的测量误差。为了获得可用于燃烧场诊断的H₂O谱线的光谱参数,采用时分复用技术,在温度、压强和H₂O组分浓度可控的环境中对1.4 μm附近的吸收光谱开展了研究。对7 185.60和7 454.45 cm-1两条H₂O谱线的线强度、展宽系数及其温度指数等光谱参数进行测量,实验结果表明,两条谱线的线强度测量值与数据库中的值偏差分别小于2.61%和4.65%,不确定度都小于4%。     

Laser Induced Fluorescence Spectroscopy of IrN

利用激光蒸发/反应的自由射流膨胀和激光诱导荧光光谱方法,研究了IrN在394-520nm光谱区域的高分辨率激光诱导荧光光谱. 观察并分析了7个新的振动谱带. 确定了其中有两条是Ω=1和五条是Ω=0的新谱带. 用最小二乘法拟合了转动跃迁谱线,由此确定了高能级的精确光谱常数. 同位素分子光谱为振动光谱的标识提供了进一步的验证, 比较测得的IrB、IrC和IrN的电子态光谱推进了对这一系列分子的化学成键性质的认识.     

VO分子2^Δ3/2-1^2Δ3/2电子跃迁P线系发射谱线的研究

本文利用孙卫国课题组建立的能精确计算（预言）某双原子分子电子态P线系发射谱线的物理新公式, 首次研究了VO分子从电子态^2Δ3/2跃迁到电子态1^2Δ3/2的（0, 0）跃迁带中的P线系发射谱线. 获得的研究结果不仅重复了实验上已知的低转动态谱线数据,而且还正确预言了该跃迁带在 实验上难以精确测量的转动量子数J=80.5以内的高振转激发态的P线系发射光谱. 为研究VO分子内部结构提供了重要的物理信息.     

基于室温量子级联激光器的脉内光谱技术测量N_2O

中红外激光光源覆盖了大鼍气体的基频吸收带,尤其适合于痕量气体的高灵敏检测.其中具有高输出功率、宽调谐范围、能够在室温工作的量子级联激光器为高灵敏痕量气体检测技术的研究提供了理想的光源.基于脉冲量子级联激光器的脉内光谱技术提供了一种简单而又有效的测量痕量气体的方法.当一个长激发脉冲作用在激光器上时,激光器的频率随着脉冲持续时间的增加而线性减小,从而在单个脉冲上扫描出被测气体分子的特征吸收谱线,实现对目标气体的定性或者定量分析.介绍了基于分布式量子级联激光器的脉内光谱技术,并采用该技术对N_2O进行了光谱测量.一个500 ns的长激发脉冲应用在脉冲量子级联激光器上用于快速波长扫描,达到接近1 cm~(-1)的线性调谐范围,得到了中心在1 274 cm~(-1)附近的N_2O的吸收谱线,与HITRAN数据库相应的N_2O吸收谱线有着良好的一致性.     

VO分子2△3/2—12△3/2电子跃迁P线系发射谱线的研究

本文利用孙卫国课题组建立的能精确计算(预言)某双原子分子电子态P线系发射谱线的物理新公式,首次研究了VO分子从电子态~2△3/2跃迁到电子态1~2△3/2的(0,0)跃迁带中的P线系发射谱线.获得的研究结果不仅重复了实验上己知的低转动态谱线数据,而且还正确预言了该跃迁带在实验上难以精确测量的转动量子数J=80.5以内的高振转激发态的P线系发射光谱.为研究VO分子内部结构提供了重要的物理信息.     

2-乙氧基苯腈的激发态和离子态光谱

首次报道了2-乙氧基苯腈的双色共振双光子电离(2-color REMPI)光谱和质量分辨阈值电离(MATI)光谱,确定了2-乙氧基苯腈分子基态到第一电子激发态的激发能和精确的绝热电离能分别为(34 092±2)和(69 796±5) cm^-1。结合密度泛函理论计算和Franck-Condon光谱模拟对实验结果进行了分析并对振动谱带进行了归属。与苯腈相比,乙氧基取代使得光谱谱带变得丰富且复杂,许多乙氧基的振动模被观察到。这些实验和理论结果为相关的科学研究和应用开发提供重要参考资料。     

高分辨高精密甲胺分子C—N伸缩带的兰姆凹陷饱和吸收红外光谱

甲胺分子(CH3NH2)是最简单的胺类分子,但由于分子中振动-转动-扭动-反转的相互作用使得其能级结构复杂和丰富密集且谱线强度差异很大的波谱,尤其是在频率中心位于1 044cm-1的C—N伸缩振动带。我们使用利用兰姆凹陷光谱技术自主研发的分辨率为0.4 MHz的二氧化碳激光和微波边带红外光谱仪将甲胺分子的C—N伸缩振动带的多普勒光谱中密集重合在一起的上百条谱线逐条分辨开和精密地测量了它们的跃迁频率。将它们标识归类和对J(J+1)作幂级数展开后,我们求得了27个系列的最初跃迁频率和它们的有效转动常数。     

NO2ν2振动带的CO2激光磁共振垂直谱的观测

采用高灵敏度、高分辨率激光磁共振光谱(LMR)方法,使用CO₂激光器测量了分子NO₂v₂振动带的垂直谱(△M_J=±1).观测到了前人没有测过的新谱,在22支激光谱线下新获得100支塞曼(Zeeman)跃迁谱线。     

精确预言双原子分子Q线系高振转激发态的跃迁谱线

用多重差分的方法,从双原子分子跃迁谱线的普遍表达式出发,已经建立起了预言双原子分子P线系高激发振转跃迁谱线的解析物理公式。采用同样的方法,充分利用现有实验条件下测定的部分振转跃迁谱线数据,文章建立了预言双原子分子Q线系高激发振转跃迁谱线的物理公式。使用该公式和一组经过物理筛选的(15条)精确的实验跃迁谱线,研究了IrN分子A1Π—X1Σ+跃迁系统中(4,1),(3,1)跃迁带的Q支发射光谱。结果表明,该公式不仅很好地重复了所有已知的实验光谱数据,且正确预言了实验没有获得的很多高转动量子态的未知发射谱线,从而提供了一种新的预言高转动量子态的未知跃迁谱线的物理方法。     

碘吸收激光稳频中调制信号的理论计算

激光频率标准是将激光频率锁定于原子或分子的超精细能级间的跃迁频率,从而获得高精密度的激光频率输出。在激光稳频研究工作中,通常将碘分子的吸收谱线采用导数谱、FM光谱和调制转移光谱MTS(ModulationTransferSpectroscopy)进行频率的精密控制。为更好地消除吸收谱线的本底噪声,目前最好的稳频方案是采用调制转移光谱法。它具有高灵敏度、高分辨率和无多普勒背景等特点。从物理学的原理出发,分析了激光对介质的极化机理,导出介质对激光的吸收和色散作用的数学模型,用信号处理的技术从理论上推导了MTS谱线线型,分析了光谱线型的特性,讨论了提高激光频率稳定度的各种情况。