用质谱和光电子能谱研究飞秒强场中的电离动力学

报导了用自制飞秒激光器通过飞秒多光子电离质谱和光电子能谱对飞秒强激光场与分子（氯、苯）相互作用的研究。飞秒激光脉宽约 １００ ｆｓ，二倍频中心波长 ４０７．５ ｎｍ，聚焦后脉冲功率密度达到 １０１２Ｗ／ｃｍ２。氨的光电子能谱显示了（２＋２）ＲＥＭＰＩ和（２＋２）＋１ ＡＴＩ、（２＋２）＋２ ＡＴＩ三组电子峰，每组峰又包括伸缩振动ｖ１的带系，ＡＴＩ峰的振动布居出现反转。随着光强增加，谱峰加宽而且振动能级出现平移。这些强场效应可用Ｐｏｎｄｅｒｏｍｏｔｉｖｅ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ解释。苯的飞秒质谱图与纳秒情况不同，分子离子为主，碎片峰很少。

环辛酮分子在飞秒强激光场中的解离研究

本文首先利用基于密度泛函理论的B3LYP方法,采用6-31/+g(d,p)基组,对环辛酮分子及其离子化分子进行了结构优化,对C8H14O+进行了频率计算.而后,对C8H14O+红外活性强的振动模式进行分析,得到了环辛酮分子在飞秒激光作用下的解离碎片.最后,应用基于密度泛函理论的B3LYP方法,采用6-31/+g(d,p)基组,对这些碎片的结构进行了优化,从而得到了环辛酮分子在飞秒激光作用下的解离产物.

飞秒强激光场下的分子动力学研究

飞秒激光通常伴随着极短的脉冲宽度和极强的脉冲强度，前者使人类能够在飞秒的时间尺度内实时观察分子的动力学过程，揭示化学反应的本质。而后者则可以极大地改变分子的行为，使分子发生取向、电离、解离和库仑爆炸等。飞秒激光正由过去的测量工具向现在的控制工具转变，利用飞秒激光控制分子的上述行为，是目前研究热点之一。要想实现对分子上述过程的有效控制，首先必须对这些过程进行深刻的了解。

甲烷在飞秒强激光场中的解离

用波长为800nm,脉宽为160fs,强度范围为7.6×1013～1.4×1014W·cm-2的强激光使甲烷分子解离,并用质谱仪检测产生的离子.母体离子在较低的激光强度(7.6×1013W·cm-2)下出现;当激光强度增加到8.0×1013W·cm-2时,CH3+开始出现;CH2+、CH+和C+离子出现的阈值分别为1.0×1014W·cm-2,1.4×1014W·cm-2和1.4×1014W·cm-2.这些现象表明甲烷的解离是一个顺序过程.质谱图中没有多电荷离子,因此排除了发生库仑爆炸的可能.以线偏振激光作用于甲烷,只有H+离子有各向异性的角度分布,暗示分子中的化学键是被激光外场拉断的,且初级产物离子H+是沿着激光电场的方向飞出.提出的准双原子分子模型较好地解释了实验结果.

氢团簇在飞秒强激光场中的动力学行为

利用分子动力学方法研究了氢团簇在飞秒强激光场中的动力学行为.与库仑爆炸模型所预言的不同,团簇的膨胀是各向异性的,质子平均动能沿激光场极化方向上的分量要明显大于垂直于激光场极化方向上的分量.讨论了团簇各向异性膨胀产生的原因,分析了激光和团簇参数对各向异性程度的影响.

CO_(2)分子在飞秒强激光场中的光电离实验研究

利用真空腔体系统、超声脉冲分子束系统和直线式飞行时间质谱仪等实验装置,研究了线性三原子分子CO_(2)在波长800 nm,重复频率1 000 Hz、脉宽35 fs的飞秒强激光场中光电离行为.测量了CO_(2)分子随激光光场强度和激光偏振状态变化的飞行时间质谱.基于飞秒强激光场理论,从激光的偏振度效应、极化效应和光强依赖关系等方面,对CO_(2)分子在飞秒强激光场中光电离进行了分析.

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.

氢分子离子在强场中的电荷共振增强电离

通过理论模拟氢分子离子处在高振动态下的库仑爆炸核初始动能释放谱,详细地研究了强场中氢分子离子在相应振动态的电荷共振增强电离过程.计算结果表明:振动态为υ=5的电荷共振增强电离过程和振动态为υ=6、7的电荷共振增强电离过程是不相同的.

甲醇在飞秒强激光场中的解离

甲醇在激光强度为1013～1014W/cm2,脉冲宽度为80fs的飞秒激光照射下发生解离,产生的碎片离子用飞行时间质谱仪检测。当激光强度较低时,首先出现母体离子CH3OH+.逐渐增加激光强度,母体离子解离产生初级碎片离子.氘代甲醇的实验结果证明此碎片离子是CH2OH+,即甲醇的母体离子首先断C-H键.进一步增加激光强度,母体离子的C—O键也会断裂产生CH3+.当激光强度更高时,出现更小的碎片离子.解离甲醇时,只有H+碎片随激光偏振方向呈现各向异性.这些实验事实表明:甲醇是顺序解离而不是库仑爆炸,激光的电场将该分子中的C-H键拉断.

飞秒强激光场中氢原子团簇的各向异性膨胀

利用LAMMPS程序研究了氢原子团簇在飞秒强激光场下的动力学行为,讨论了引起小氢原子团簇各向异性膨胀的原因.通过对外电离过程中团簇内部电子的行为以及团簇各个方向上最外层质子距离团簇中心的距离随时间的变化情况的分析,发现团簇的膨胀呈现各向异性,且引起这种各向异性的根源在于团簇内部电子的抖动以及逃逸.对氢原子团簇与强激光场相互作用过程中质子各能量分量以及各向异性程度随时间变化情况进行了研究,发现各向异性程度是随时间变化的,这种各向异性程度首先随着激光电场的增强而增加,随后又逐渐减小,直到最后趋于某一大于1的稳定值.分析了激光脉冲结束后质子的平均能量与观测角之间的关系,并将分析结果与Ditmire小组的实验结果进行了比较,发现我们的模拟结果在定性上与实验相符合.