纳秒激光电离分子团簇产生高价离子实验研究

利用飞行时间质谱仪,研究了功率密度为109~1011 W/cm2,波长为532 nm 的纳秒激光对苯、呋喃、甲醇及碘甲烷分子团簇的激光电离过程。实验观察到了高平动能的高价离子Cq+(q≤3),Oq+(q≤3)和Iq+(q≤4),该过程经历了以“初始的多光子电离引发-逆轫致吸收加热-电子碰撞电离模式”为主的激光团簇作用过程,后期经历了团簇的库仑爆炸过程。实验发现：即使激光能量变化一个量级以上时,主要高价离子的种类及占全部离子产物的比率也没有明显的变化,但是高价离子的初始平动能随激光强度的增大而增加;分子中含有较多个外壳层电子的氧、碘原子更容易电离产生高价离子,而碳离子的价态和强度相对较低。     

纳秒激光电离分子团簇产生高价离子实验研究

 利用飞行时间质谱仪，研究了功率密度为10⁹~10¹¹ W/cm²，波长为532 nm 的纳秒激光对苯、呋喃、甲醇及碘甲烷分子团簇的激光电离过程。实验观察到了高平动能的高价离子C^q+(q≤3)，O^q+(q≤3)和I^q+(q≤4)，该过程经历了以“初始的多光子电离引发-逆轫致吸收加热-电子碰撞电离模式”为主的激光团簇作用过程，后期经历了团簇的库仑爆炸过程。实验发现：即使激光能量变化一个量级以上时，主要高价离子的种类及占全部离子产物的比率也没有明显的变化，但是高价离子的初始平动能随激光强度的增大而增加；分子中含有较多个外壳层电子的氧、碘原子更容易电离产生高价离子，而碳离子的价态和强度相对较低。     

强光电离团簇并行数值模拟

为研究强激光电离氢原子团簇,在理论上采用1维氢原子团簇的经典粒子动力学模型,结合粒子对(PP)算法及粒子模拟（PIC）方法,采用自行搭建的9节点并行集群系统,利用消息传递接口（MPI)与OpenMP混合编程模型进行了并行数值模拟计算,获得了较为理想的计算加速比。并且引入了弛豫时间参数,有效地处理了粒子间的碰撞过程,在极大简化计算量的同时,保留了物理本质。所得模拟结果与已有的实验结果符合较好,表明该并行计算模型是稳定、可行的。     

强光电离团簇并行数值模拟

 为研究强激光电离氢原子团簇,在理论上采用1维氢原子团簇的经典粒子动力学模型,结合粒子对(PP)算法及粒子模拟（PIC）方法,采用自行搭建的9节点并行集群系统,利用消息传递接口（MPI)与OpenMP混合编程模型进行了并行数值模拟计算,获得了较为理想的计算加速比。并且引入了弛豫时间参数,有效地处理了粒子间的碰撞过程,在极大简化计算量的同时,保留了物理本质。所得模拟结果与已有的实验结果符合较好,表明该并行计算模型是稳定、可行的。     

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。     

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。     

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     

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.     

乙腈和氨水团簇的激光电离实验研究

在355nm激光波长下应用多光子电离和分子束技术研究了乙腈和氨水的混合团簇,所得的团簇离子以(CH3CN) n、(CH3CN)nNH 3和(CH3CN)n(NH3) 为主,中性团簇以二元团簇(CH3CN)n(NH3)m/(CH3CN)n(NH4OH)m为主.离子产物是来源于中性的二元团簇先吸收部分激光能量解离成稳定的小团簇和碎片,然后再发生分子蒸发和电离的过程,并未发生明显的质子转移反应.     

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.     

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     

高空核爆炸下大气的X射线电离及演化过程数值模拟

利用数值模拟程序模拟了不同高度核爆炸下大气的X射线电离及演化过程.结果表明: X射线电离产生的电子数密度在射线到达后约100 ns时刻达到峰值, 峰值数密度随着到裸核区距离的增加而减小;电子具有较长的寿命, 电子寿命随着到裸核区距离的增加而增大; X射线电离空气产生正离子O⁺, O₂⁺, N₂⁺,爆高为120 km情况下 O⁺的峰值数密度与O₂⁺的相近,能维持约1 s. X射线对空气的电离影响范围在数十千米以内,在距裸核区较近的区域, 爆高为80 km时产生的电子峰值数密度比爆高为120 km时的电子峰值数密度高, 在距裸核区较远的区域则相反.     

不同电离度下大气等离子体粒子行为的数值模拟

利用一个空间零维大气等离子体模型对其中的主要粒子在不同电离度情况下的变化规律进行了研究.得到放电后不同初始电子密度下的电子寿命,同时给出了主要带电粒子和中性粒子密度随时间的演化.结果表明,电子密度随时间快速衰减,电子寿命随电离度的增大而减小.对一些重要的中性粒子(如O,N,O₃和NO)随电离度增大的行为进行了分析. 关键词： 电离度 大气等离子体 数值模拟     

强激光与高密度气体相互作用中电子和离子加速的数值模拟

在现有的一维粒子模拟程序的基础上发展了带光电离和碰撞电离及蒙特卡罗两体碰撞的模拟程序(1D PIC-MCC). 用此程序模拟研究了短脉冲激光与He气靶相互作用时电子和离子的加速过程. 研究表明当强激光与过临界密度的微米厚度的平面靶相互作用时，靶前表面物质将被激光脉冲前沿迅速离化；新生的电子被激光场有质动力加速成为高能电子，这些电子穿入到靶内，通过电子碰撞电离离化靶内物质；一部分高能电子穿透靶后，会在靶的后表面形成强的电荷分离场，该场迅速离化靶后表面物质，同时使得后表面离子得到加速. 部分穿透靶的超热电子将被电荷分离场重新拉回靶内，在靶的前后表面振荡. 一些振荡电子在此过程中得到电荷分离场加速，离开前表面，在前表面也形成电荷分离场，使前表面离子得到加速. 关键词： 激光等离子体 光电离和碰撞电离 电子加速 离子加速     

Cluster-assisted generation of multiply charged ions in nanosecond laser ionization of seeded furan beam at 532 and 1064 nm

The multiply charged ions of C ^{q +} (q ≤ 4), O ^{q +} (q ≤ 6) were produced when a furan cluster beam interacted with nanosecond 1064 and 532 nm lasers at intensities of 10¹⁰–10¹² W/cm². It is shown that O⁶⁺ and C⁴⁺ ions were the dominant multiply charged species at 1064 nm, while C²⁺, C³⁺, O²⁺, O³⁺ ions were the main multiply charged species at 532 nm. By varying the electric field in the extraction region of the time of flight mass spectrometer (TOFMS), two types of ions were extracted, one of which had large kinetic energy and narrow space distribution, and the other had small kinetic energy and broad space distribution. The formation channels for He-like ions of C⁴⁺ and O⁶⁺ are discussed.     

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.     

电子束离子阱中高价态离子演化过程的数值模拟

讨论了电子束离子阱(EBIT)中决定高价态离子演化过程的主要物理机制.对EBIT中高价态离 子的演化过程进行了详细的数值计算并与实验进行了比较.讨论了EBIT各种不同的运行参数 对平衡时高价态离子相对丰度和温度的影响. 关键词： 电子束离子阱 高价态离子 数值模拟     

Numerical simulation and experimental investigation of parametric generation of light pulses in a KTP crystal

Numerical simulation and experimental investigation of the process of parametric generation of light inside a KTP crystal excited by laser pulses have been performed. The calculation method includes the solution of a system of coupled truncated equations, which describe the three-wave interaction in a laser resonator partially filled with a KTP crystal, with the use of reflection boundary conditions for amplitudes together with initial conditions corresponding to the level of noises. The time profile of the intensities of the interacting pulses and their energies were calculated. The results obtained make it possible to determine the optimal values of optical parameters of the resonator that ensure the maximum efficiency of conversion. The calculated values of the conversion efficiency are in good agreement with experimental data. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 67, No. 1, pp. 56–60, January–February, 2000.     

Numerical and experimental investigation of the fracture behavior of shock loaded alumina

Plate impact expeiments are conducted to investigate the dynamic behavior of alumina by using one stage light gas gun. A ve-locity interferometer system for reflectors (VISAR) is used to obtain Hugoniot elastic limit and the free surface velocity profile,which consists of an elastic wave followed immediately by a dispersive inelastic wave. The stress histories under different impact velocities are measured by in-material manganin gauges. Based on the experimental data a Hugoniot curve is fitted,which shows ...