飞秒激光驱动的分子库仑爆炸研究

飞秒强激光作用下,分子发生多电荷电离,产生高价分子离子.由于电荷间的库仑排斥作用,高价分子离子会发生库仑爆炸,生成的碎片离子具有较大平动能量.本文结合在北京大学开展的飞秒强场分子库仑爆炸研究,介绍了飞秒强激光驱动的分子库仑爆炸的重要进展、潜在应用和未来发展方向.     

飞秒强激光场下分子的场致电离和库仑爆炸

利用飞行时间质谱仪和飞秒激光放大系统,对分子在飞秒强激光脉冲作用下的场致电离和库仑爆炸过程进行了研究.在飞行时间质谱中,原子离子的谱峰分裂标志着这些原子离子来源于高价母体离子的库仑爆炸.通过对不同结构的分子在飞秒强激光下的库仑爆炸研究,发现这些分子离子的爆炸是一个协同过程.母体离子的角分布呈现了高度的各向同性,而原子离子则呈现了高度的各向异性分布.这说明分子在飞秒激光场中发生了空间准直和重新定位.     

飞秒激光分子结构成像

飞秒激光具有超短的脉冲宽度和超强的峰值功率,它在科学研究中的广泛应用极大地提高了人类认识物质世界的能力.本文介绍我们基于飞秒强激光作用下分子的隧道电离和库仑爆炸,在分子轨道和分子构型成像方面的研究进展.     

飞秒激光场中甲醇产物离子的角分布

利用直流切片离子成像技术结合飞行时间质谱技术,我们研究了甲醇(CH_3OH)分子在800 nm飞秒激光场中的多光子解离和库仑爆炸过程.获得了甲醇分子在光场中的飞行时间质谱和产物离子的切片影像,分析得到了不同库仑爆炸通道碎片离子的动能分布和角度分布.本文对比分析了C-O键断裂产生H_2O~+的H转移通道和产生OH~+的非H转移通道的角分布,计算了不同激光强度下两个通道的各向异性参数α_2和(cos~2θ),并根据产物离子角度分布与激光强度和离子价态的关系,揭示了甲醇分子在飞秒光场中的准直机制为动力学准直.     

H2D^＋的束缚能和结构测量

应用高分辨库仑爆炸技术,测量了氘化星际分子H_2D~+的库仑爆炸产物能谱。实验结果证明H_2D~+是等腰三0 形结构;它的核间距R_(HH)=l.33±0.12(?),R_(HD)=0.95±0.06(?)和束缚能ε=41.2±3.0eV。     

强激光场中一维H2的经典动力学理论

利用经典理论采用辛算法计算了一维氢分子在超短强激光脉冲作用下的存活、电离、解离和库仑爆炸的动力学行为．研究了在相同波长、不同场强和相同场强、不同波长的动力学几率随时间演化曲线，分析了场强和波长的变化对氢分子动力学行为的影响，并给出了合理的物理解释．     

kHz 脉冲分子束的产生及其在强场原子分子物理实验中的应用

采用悬臂压电脉冲阀, 制备出最高重复频率达到3 kHz 的脉冲分子束。通过测量氮气分子束在飞秒激光作用下隧道电离生成的N2 +(B-X)荧光光谱, 对脉冲阀的性能做了表征。这种kHz 脉冲分子束搭配kHz 飞秒激光器, 将推动飞秒强激光驱动的原子分子动力学实验研究。     

飞秒强激光作用下Ar原子团簇库仑爆产生的离子能谱

研究了Ar原子团簇在飞秒强激光作用下的电离机制,考虑了团簇经过库仑爆炸过程和流体力学膨胀过程两种膨胀机制情况下,对离子能谱进行了计算.计算结果与实验结果基本符合,能够很好地解释离子高能端特征,对低能端的能谱也进行了分析.     

强场原子分子物理实验研究中的符合测量技术及其应用

飞秒激光具有超短的脉冲宽度和超强的峰值功率，已经成为测量和操控原子分子超快动力学行为的重要工具．但是强激光场下，原子分子行为非常复杂，多个反应通道纠缠在一起．全微分符合测量技术能够提供特定反应通道精确的动力学数据，推动了强场原子分子物理研究的快速发展．本文结合北京大学新建的冷靶反冲离子动量谱仪，介绍全微分符合测量技术在强场原子分子物理实验研究中的重要应用以及在强场原子分子物理实验研究方面取得的一些重要进展．     

应用激光研究瓦斯爆炸的机理

依据气态反应的自由基机制和多原子分子光谱理论,提出用激光研究瓦斯爆炸的机理。利用自行设计的实验装置,在4种激光波长和8种瓦斯浓度下进行实验。初步实验表明,这种方法是可行的,可望获得矿井下激光安全应用的条件。     

强场和原子分子物理专题·编者按

<正>随着啁啾激光放大技术及其相关研究的进展,人们在实验室中可以获得场强达到或者大于1014W/cm2、脉冲宽度小于100fs的激光脉冲.经过适当的压缩和参量转换过程,人们甚至可以获得脉冲宽度小于100as的光脉冲.原子分子体系在这样的光场作用下,表现出众多新奇的物理现象,包括多光子阈上电离、强场隧穿电离、越垒电离、相干高次谐波辐射、相干太赫兹辐射、分子阈上解离、分子键软化和硬化、分子库仑爆炸、阿秒瞬态吸收等.因为这类光场的电场强度可以和氢原子基态中电子感受到的原子核电场强度相当或者更大,脉     

应用激光研究瓦斯爆炸的机理

依据气态反应的自由基机制和多原子分子光谱理论，提出用激光研究瓦斯爆炸的机理。利用自行设计的实验装置，在4种激光波长和8种瓦斯浓度下进行实验。初步实验表明，这种方法是可行的，可望获得矿井下激光安全应用的条件。     

二氧化硫和烷烃的光化学烟雾形成研究

SO_2与烷烃在337nmN_2分子激光辐照下生成光化学烟雾。实验测量了烟雾的平均颗粒大小,烟雾的稳定散射光强度与N_2分子激光功率、烷烃的C—H键键能以及温度的关系,得到反应表观活化能为—16kcal/mole。结果表明光化反应的第一步是H原子提取反应,光化学烟雾是依靠van der Waals力将分子集合在一起的。     

氢原子电离三重微分截面计算中扭曲波、平面波和库仑波的比较

在玻恩近似理论中分别采用扭曲波、平面波、库仑波,计算在250、150、54.4 eV三种入射能下氢原子(e,2e)反应的三重微分截面(TDCS),并与实验数据进行对比.发现在这些入射能下,采用扭曲波和平面波描述入射电子所得的TDCS相差不大;但当考虑散射电子与核的库仑相互作用时,其计算结果比扭曲波描述的更符合实验数据.     

强激光场条件下氘分子离子核动力学的理论研究

本文通过理论模拟氘分子离子处在不同初始核振动态的库仑爆炸核动能释放谱,详尽地研究了飞秒激光强场条件下氘分子离子在相应初始核振动态下的核动力学过程.计算结果表明:核动能释放谱中的峰值位置在很大程度上依赖于氘分子离子初始核振动态的选取,即氘分子离子在强激光场中的核动力学对其初始核振动态的选取非常敏感.     

快H_2~ 与薄碳膜相互作用的各种产物测量

一、前言快分子离子与固体相互作用的实验和理论研究,是近七、八年间才在美、法等国发展起来的新领域.至今,大多数研究涉及到原子分子物理和固体物理的很多方面.通过这些研究,不仅仅大大加深了人们对带电粒子通过固体介质所受电磁场的认识,而且把从前由阻止本领所得的知识补充得更加详尽。值得提出的是:用快分子离子通过固体膜的库仑爆炸测其产物能谱和角分布的方     

数字激光高速摄影系统及其在爆炸光测力学实验中的应用

 为解决爆炸光测力学中的高速数据采集问题,建立了基于泵浦激光器和Fastcam-SA5 数字高速相机的数字激光高速摄影系统,并应用于爆炸载荷下的焦散线实验、光弹性实验和纹影实验。结果显示,该数字激光高速摄影系统真实记录了爆生裂纹扩展情景、裂纹尖端焦散斑、光弹模型试件表面等差线条纹,以及切缝药包产生的冲击波在空气中的传播过程;清晰的数字照片验证了该数字激光高速摄影系统的可行性和先进性,实现了"一套系统,多种实验",丰富了爆炸光测力学的测试手段及应用范围。     

溴丙烯在800nm和400nm飞秒激光强场下的解离电离

利用自行搭建的飞行时间质谱仪,在800 nm和400 nm飞秒激光强场下对溴丙烯分子进行了电离解离过程的探究.通过分析离子产物的产率与激光功率的依赖关系并结合Keldysh因子计算,给出了实验中母体分子的电离机制;理论上,利用量子化学计算软件(Gaussian 09),对分子的化学键柔性力常数、反应通道出现势进行了计算,确认了溴丙烯分子的电离解离通道,发现了非共振多光子吸收导致的多个化学键的同时断裂,解释了母体分子离子电荷布局对反应路径的影响.     

瓦斯煤尘爆炸火焰传播机理的实验测试系统研究

为了研究管道瓦斯煤尘爆炸火焰的传播机理,确定表征瓦斯煤尘爆炸的主要物理量的变化特征,本文构建了瓦斯煤尘爆炸的实验测试系统,主要包括管体系统、爆炸压力及火焰数据测量系统、配气系统、激光器触发延时系统、激光纹影系统、真空舱(实验前抽真空)。气路、数据采集电缆和电源线分别通过相互隔离的沟槽,并与充配气系统集成在控制台。实验段和过渡段均设置专用光学窗口,用于流场显示和光谱测量(组分、温度)。实验测试系统还设计了多通道的压力(压电和压阻传感器)和火焰速度测量和数据采集系统。该实验测试系统能够模拟煤矿内复杂燃烧、爆炸及其传播机理,因此,在煤矿瓦斯爆炸事故,研制阻爆和隔爆设备,勘察事故现场,瓦斯爆炸基础研究等方面,有着较为广泛的应用前景。     

载能分子离子或离子团与固体材料相互作用

综述近几年关于分子离子和离子团与固体材料相互作用的理论研究进展 ,重点讨论了离子之间的动力学相互作用效应对离子团库仑爆炸过程和能量损失的影响 .与单个原子离子相比 ,分子离子和离子团与固体材料相互作用过程呈现出一些不同的特征 ,其中最明显的两个特征是“库仑爆炸”现象和“vicinage效应”.前者是离子团中内部库仑力作用的结果 ,这种排斥力使得离子之间的距离不断变大 ;而后者是源自于固体中价电子气的极化作用 ,即离子团中单个离子运动产生的电激发相互干扰效应 .这种效应不仅影响离子团的库仑爆炸过程 ,如减缓离子团的爆炸速度和改变离子团的结构 ,同时还使得这种离子团的能量损失不同于那些由独立运动离子组成的离子团的能量损失 .