氢及其同位素分子离子解离装置及离解方法
【专利摘要】一种氢及其同位素分子离子解离装置及离解方法，利用中心波长为200纳米的超短共振紫外脉冲将氢及其同位素分子离子中的电子激发到解离态，然后利用中心波长为25.6微米的太赫兹脉冲（11.7太赫兹）控制解离态上电子的运动，实现对氢及其同位素分子离子解离过程的控制，进而用于化学反应过程的控制。模拟结果表明，对于H2+，本发明可以将99.3%的解离态上的电子控制在选定的核子上，对D2+和T2+而言，本发明可以实现98.9%和98.2%的解离控制率。
【专利说明】氢及其同位素分子离子解离装置及离解方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及氢及其同位素，特别是一种氢及其同位素分子离子解离装置及离解方法。
【背景技术】
[0002]近几十年，控制化学反应中电子和其他分子碎片的运动一直是科学研究的热点。控制分子残片运动的一个重要目的是通过选择性的断开或链接某一化学键，从而实现控制化学反应产物的目的。随着激光技术的发展，特别是相位稳定的周期量级脉冲激光的出现，使得利用激光控制分子的解离和化学反应成为现实。
[0003]利用脉冲激光控制分子的解离和化学反应，目前实验中通常将超短近红外脉冲作为泵浦和探测光源。对D2+而言，实验结果表明:近红外光脉冲仅能达到55.5%的解离控制率[参考文献:M.F.Kling, Ch.Siedschlag, A.J.Verhoef, J.1.Khan, M.Schultze, Th.Uphues, Y.Ni, M.Uiberacker, M.Drescher, F.Krausz, M.J.J.Vrakkingl, “Control ofElectron Localization in Molecular Dissociation,，，Science312246_248 (2006)。]。因此，现有的技术手段对氢及其同位素分子离子的解离控制效果很差，更不用说质量更大的分子的解离控制了。
【发明内容】
[0004]本发明旨在解决上述超短近红外光脉冲对分子的解离和化学反应的控制效率低的问题，提供一种氢及其同位素分子离子解离装置及离解方法。
[0005]本发明的技术解决方案如下:
[0006]一种氢及其同位素分子离子解离装置，其特点在于该装置的构成包括钛宝石激光器，沿该钛宝石激光器的激光输出方向是分光镜，该分光镜将入射光分为透射光束和反射光束，在反射光束方向依次是太赫兹脉冲产生装置、第二可调光阑和真空腔，在该真空腔内设有喷气嘴，在该喷气嘴的一侧依次是加速电极、微通道板探测器、可见光CCD，该可见光CCD与所述的真空腔的一壁密封连接；所述的透射光束依次经第一全反镜、第二全反镜组成的时间延时器、800纳米激光脉冲的4倍频片、脉冲光栅压缩片、第三全反镜和第一可调光阑进入真空腔的喷气嘴，所述的喷气嘴经控制阀通过软管与气体瓶相连；气瓶共有三个，里面分别装有液态的H2, D2和T2气体，其中一个与控制阀相连，另两个备用。
[0007]利用上述氢及其同位素分子离子解离装置进行分子离子解离的方法，其特点在于该方法包括下列步骤:
[0008]I)将真空腔密封，先用分子泵抽至10_3帕斯卡，用离子泵将真空腔抽至10_7至
10,帕斯卡，打开控制阀，通过调节控制阀的喷气频率，将真空腔的气压控制在1.5X10_5至2.5X 10_5帕斯卡，控制阀与气瓶相连，气瓶中装有液态的H2气；
[0009]2)打开钛宝石激光器，使其产生稳定相位的总弛豫时间为100飞秒、中心波长为800纳米的线偏振激光脉冲，钛宝石激光器的输出能量应不小于8毫焦，该800纳米的激光束通过所述的分光镜分为透射光束和反射光束，反射光束通过太赫兹产生装置转换成中心波长为25.6微米，总弛豫时间为100飞秒的太赫兹脉冲，通过第二可变光阑调节，让太赫兹脉冲的功率密度保持在3.0X IO12至5.0X IO12瓦/平方厘米并输入真空腔的喷气嘴出口的带电粒子束中；所述的透射光束激光脉冲通过经第一全反镜、第二全反镜组成的时间延时器后，经所述的800纳米激光的4倍频片和脉冲光栅压缩片，将其调成中心波长为200纳米，总弛豫时间为6.0飞秒的超短紫外脉冲，通过第一可调光阑的调节，将200纳米的超短紫外光的功率密度保持在6.0X IO13至8.0X IO13瓦/平方厘米，经第三全反镜的反射进入真空腔的喷气嘴出口的带电粒子束中；
[0010]3)进一步精调所述的第三全反镜，使超短紫外脉冲与太赫兹脉冲以小于5°的夹角相交于喷气嘴出口的带电粒子束中；
[0011]4)用可见光CXD相机将微通道板探测器荧光屏上带正电的核子H+，的动量分布拍摄下来，然后用计算机读出图片上各点的数据P(,及##)，利用下列公式计算出荧光屏上
部分、下部分的带正电核子的动量:
[0012]
【权利要求】
1.一种氢及其同位素分子离子解离装置，其特征在于该装置的构成包括钛宝石激光器(I),沿该钛宝石激光器(I)的激光输出方向是分光镜(6),该分光镜(6)将入射光分为透射光束和反射光束，在反射光束方向依次是太赫兹脉冲产生装置(2)、第二可调光阑(8 — 2)和真空腔(5)，在该真空腔(5)内设有喷气嘴(5 - 2)，在该喷气嘴(5 - 2)的一侧依次是加速电极(5 — 3)、微通道板探测器(5 — 4)、可见光CXD (5 — 5)，该可见光CXD (5 — 5)与所述的真空腔(5)的一壁密封连接；所述的透射光束依次经第一全反镜(7 -1)、第二全反镜(7 — 2)组成的时间延时器(11)、800纳米激光脉冲的4倍频片(3)、脉冲光栅压缩片(4)、第三全反镜(7 - 3)和第一可调光阑(8 -1)进入真空腔(5)的喷气嘴(5 - 2)，所述的喷气嘴(5 - 2)经控制阀(9)通过软管与气体瓶(10)相连；气瓶(10)共有三个，里面分别装有液态的H2, D2和T2气体，其中一个与控制阀(9)相连，另两个备用。
2.利用权利要求1所述的氢及其同位素分子离子解离装置进行分子离子解离的方法，其特征在于该方法包括下列步骤:O将真空腔密封，先用分子泵抽至10_3帕斯卡，用离子泵将真空腔抽至10_7至10,帕斯卡，打开控制阀(9)，通过调节控制阀(9)的喷气频率，将真空腔(5)的气压控制在.1.5X10_5至2.5X10-5帕斯卡，控制阀(9)与气瓶(10)相连，气瓶(10)中装有液态的H2气； .2)打开钛宝石激光器(1)，使其产生稳定相位的总弛豫时间为100飞秒、中心波长为.800纳米的线偏振激光脉冲，钛宝石激光器的输出能量应不小于8毫焦，该800纳米的激光束通过所述的分光镜(6)分为透射光束和反射光束，反射光束通过太赫兹产生装置(2)转换成中心波长为25.6微米，总弛豫时间为100飞秒的太赫兹脉冲，通过第二可变光阑(8 -.2)调节，让太赫兹脉冲的功率密度保持在3.0X IO12至5.0X IO12瓦/平方厘米并输入真空腔(5)的喷气嘴(5 - 2)出口的带电粒子束(5 — I)中；所述的透射光束激光脉冲通过经第一全反镜(7 -1)、第二全反镜(7 - 2)组成的时间延时器(11)后，经所述的800纳米激光的4倍频片(3)和脉冲光栅压缩片(4)，将其调成中心波长为200纳米，总弛豫时间为6.0飞秒的超短紫外脉冲，通过第一可调光阑(8 -1)的调节，将200纳米的超短紫外光的功率密度保持在6.0X IO13至8.0X IO13瓦/平方厘米，经第三全反镜(7 — 3)的反射进入真空腔(5)的喷气嘴(5 - 2)出口的带电粒子束(5 — I)中； .3)进一步精调所述的第三全反镜(7- 3)，使超短紫外脉冲与太赫兹脉冲以小于5°的夹角相交于喷气嘴(5 - 2)出口的带电粒子束(5 — I)中； . 4)用可见光CXD相机将微通道板探测器(5- 4)荧光屏上带正电的核子(H+，D+或T+)的动量分布拍摄下来，然后用计算机读出图片上各点的数据/>(,,武的，利用下列公式计算出荧光屏上部分、下部分的带正电核子的动量:
【文档编号】B01D59/34GK103949158SQ201410161283
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】贾正茂, 曾志男, 李儒新, 徐至展 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所