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CO2和(CO2)2在强激光场中的双电离解离与库仑爆炸研究

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CO2和(CO2)2在强激光场中的双电离解离与库仑爆炸研究

作者：宋盼国防科学技术大学

学位级别：硕士

冷靶反冲离子动量成像谱仪(简称COLTRIMS)是实验研究碰撞动力学的重要工具,主要用于测量碰撞反应前后炮弹和靶粒子的状态变化。其具有强大的探测能力,可以探测碰撞过程中电子、离子的全部产物,具有反冲离子和电子的符合测量能力,可实现... 详细信息

冷靶反冲离子动量成像谱仪(简称COLTRIMS)是实验研究碰撞动力学的重要工具,主要用于测量碰撞反应前后炮弹和靶粒子的状态变化。其具有强大的探测能力,可以探测碰撞过程中电子、离子的全部产物,具有反冲离子和电子的符合测量能力,可实现高精度且立体角的探测。我们在实验室里也搭建了冷靶反冲离子动量成像谱仪,并将其与高重频飞秒激光脉冲系统结合起来,主要研究强激光场与原子分子相互作用的超快动力学过程。本文首先详细介绍了COLTRIMS系统的搭建及其调试过程,将谱仪分为真空系统、超音速分子束冷靶系统、离子电子探测系统、电子电路与数据采集、动量重构等部分,详细阐述了其设计和工作原理。接着,我们利用谱仪的符合测量技术,进行了CO气体的双电离解离与库仑爆炸实验,分析了CO离子和(CO)离子库仑爆炸的过程,得到了不同反应通道产生到碎片离子动量的角分布,并给出相应解离通道释放的能量及其相应的核间距分布,与文献中提供的数据进行了对比,验证了谱仪系统的可靠性。

关键词：强场物理冷靶反冲离子动量成像谱仪符合测量分子动力学双电离解离库仑爆炸

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多原子分子超快解离动力学及其结构成像

多原子分子超快解离动力学及其结构成像

作者：邓珂吉林大学

学位级别：硕士

多原子分子与强飞秒激光相互作用的研究是强场超快原子分子物理的难点问题。由于多原子分子的多电子及多中心特性,从理论上精确描述其在强激光作用下发生的电离及解离等动力学过程面对很大挑战。另一方面,实现对气相多原子分子体系激发... 详细信息

多原子分子与强飞秒激光相互作用的研究是强场超快原子分子物理的难点问题。由于多原子分子的多电子及多中心特性,从理论上精确描述其在强激光作用下发生的电离及解离等动力学过程面对很大挑战。另一方面,实现对气相多原子分子体系激发态的精确结构成像一直是强场超快领域的重要研究目标。针对这些难点问题,本论文从两方面展开了实验研究。首先,我们应用激光场致电子重散射诱导的库仑爆炸成像方法,研究了NO分子的精确结构。相比于常用的库仑爆炸成像方法,电子重散射诱导的库仑爆炸成像更准确的得到了分子离子的结构。我们重构得到的NO分子离子的键长和键角分别是1.14(?)和131.9°,与母体离子基态接近。同时,基于二维拟合分析方法,发现实验结果中包含不同离子激发态的结构信息。进一步的,我们讨论了不同脉宽条件下重构的分子结构演化,发现在脉宽更宽时,分子的键长变大,表明实验结果体现了分子波包振动的影响。其次,我们应用时间分辨的库仑爆炸成像方法研究了碳氢分子的超快解离过程,发现了四个主要解离通道具有截然不同的时间依赖特性。通过直接碳氢键及碳碳键断裂过程产生的两个解离通道,CH+H通道以及CH+CH通道,展现出了动能随时间延长而变小的特征,这反应了这两个通道的解离性电离过程发生在一价母体离子的解离态上,并且碳氢键解离过程的弛豫时间显著小于碳碳键断裂过程。而存在H及H产生的通道的动能释放都不随时间变化,表明这些过程不是沿着母体离子的解离势能面完成的,而主要在二价离子态上形成。基于这些实验结果,发现了碳氢分子不同氢解离过程具有截然不同的解离性电离过程,其中碳碳键断裂的时间尺度在300飞秒以内,而碳氢键的解离时间超过了700飞秒。本论文从实验结果获取了NO分子的精确结构,并实验分辨了碳氢分子不同键断裂的时间尺度。

关键词：飞秒激光冷靶反冲离子动量成像谱仪重碰撞库仑爆炸泵浦探测

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NO2分子超快解离动力学的实验和理论研究

NO2分子超快解离动力学的实验和理论研究

作者：赵班池吉林大学

学位级别：硕士

实现分子结构演化的超快成像一直以来是强场领域物理学家所追求的目标,科研工作者们在电子散射、激光衍射技术的基础上不断深入探究分子结构超快成像的可能性,近些年超快电子束或超快激光这类新兴工具为分子结构演化的超快成像提供了更... 详细信息

实现分子结构演化的超快成像一直以来是强场领域物理学家所追求的目标,科研工作者们在电子散射、激光衍射技术的基础上不断深入探究分子结构超快成像的可能性,近些年超快电子束或超快激光这类新兴工具为分子结构演化的超快成像提供了更精确的时间分辨和更精细的空间分辨,从而可以更深入的了解分子及其结构演化的过程,也可以在更微观的层面操控化学反应。在亚飞秒时间尺度上实时观测分子键的断裂和生成是当前最重要的研究目标之一,而探索和发展分子结构超快成像方法则至关重要。复杂分子多次电离及库仑爆炸过程难以定量描述,但是借助时间分辨的泵浦探测实验技术,通过冷靶反冲离子动量成像谱仪(COLTRIMS)在超快强飞秒激光场诱导下对分子动力学过程的研究,可以对原子分子的结构变化进行细致的分析,值得深入研究。本论文针对非线性对称型三原子分子NO,进行了两方面的实验,第一部分应用飞秒红外激光的泵浦探测方案对二氧化氮分子进行了时间分辨的动力学符合测量,通过提取产率最高的通道NO→NO+O,清晰的重现了此解离通道随时间延迟发生的动力学变化;此解离通道包含三个主要的动能释放峰,我们首先研究了直接二次电离诱导库仑爆炸过程,通过多组态密度泛函方法计算了NO解离势能曲线,发现这三种动能释放分布分别来源于解离过程中分子不同的键角构型,并基于势能曲线形状及解离位置的临界核间距提出了N-O键的断键机制;进一步的,我们研究了这一库仑爆炸过程随时间演化规律,发现当分子电离到一价母体离子时,键角迅速弛豫到最小值,然后发生飞秒尺度的键拉伸过程,大约800飞秒之后,键长趋近于解离极限,动能分布变化变慢。基于不同的势能曲线,我们可以定性的判定不同时刻键长的大小,提供直观的分子时间分辨的解离图像。同时发现不同的构型弛豫的时间尺度不同,存在变化非常缓慢的通道,6ps后动能仍然在缓慢降低。本工作通过时间分辨的库仑爆炸方案,结合分子解离势能曲线计算来描述解离性电离过程,清晰的揭示了NO分子解离性电离随时间演化的过程。论文还研究了电子重散射诱导NO分子库仑爆炸成像的实验,通过不同偏振条件的对比实验,发现离子的KER(Kinetic-energy Release)分布具有一定的偏振依赖特性,线偏振条件下的动能释放会更强,此特性与直线型分子OCS相似,但与HO和DO等相似V型分子的偏振依赖规律则完全相反。结合总动能与离子动量矢量夹角θ关联图,我们通过提取线偏光条件下能量大于30e V的高能离子碎片动量,重构NO分子库仑爆炸时的构型,发现重构出的键长没有类似序列解离中键长拉伸的过程,而是通过协同解离直接发生库仑爆炸。应用重散射诱导库仑爆炸成像方法获取NO分子的瞬态结构信息,并研究可能存在的电离诱导结构变化,优化实验条件与激光参数,可以进一步研究时间分辨的紫外光诱导的分子结构变化。

关键词：飞秒激光冷靶反冲离子动量成像谱仪多组态密度泛函电离解离库仑爆炸重碰撞泵浦探测

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强激光场下原子分子量子隧穿实验测量

物理实验 2021年第4期41卷 1-10页

作者：王济国余晓阳刘运全北京大学物理学院人工微结构与介观物理国家重点实验室北京100871 量子物质协同创新中心北京100871 极端光学协同创新中心山西太原030006

强激光场下原子分子的多光子电离和隧道电离是极端条件下的量子现象,也是强场光物理中基本的动力学过程.测量原子分子在强激光场中的超快动力学对探索微观粒子内部结构和相互作用有重要意义.本文简述强场光电离中的基本概念和现象,并介... 详细信息

强激光场下原子分子的多光子电离和隧道电离是极端条件下的量子现象,也是强场光物理中基本的动力学过程.测量原子分子在强激光场中的超快动力学对探索微观粒子内部结构和相互作用有重要意义.本文简述强场光电离中的基本概念和现象,并介绍强激光与原子分子相互作用研究中的重要仪器——冷靶反冲离子动量成像谱仪(COLTRIMS).最后,展示了基于COLTRIMS系统研究电子隧穿过程中势垒下相位对光电子动量谱的影响.

关键词：强场光物理隧道电离冷靶反冲离子动量成像谱仪势垒下相位