25014字硕士毕业论文极紫外场中分子光电子角分布的探索
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：25014字
论点：离子,实验,电离
论文概述：
通过对 O2、C2H2分子在极紫外光场作用下的电子、离子角分布的研究，是我们更进一步的了解到 O2、C2H2的电离、解离及库仑爆炸过程。这对我们以后继续研究这两种分子和其他气体分子有很大的
论文正文：
第一章导言
本实验主要使用日本的Spring-8自由电子激光装置。该装置可以提供脉冲宽度为30fs、光谱宽度为0.3eV(FWHM)、光子能量波动为0.13eV的极紫外光(EUV)。使用两个平行的碳化硅反射镜来控制自由电子激光光束通过气体探测器(GMD)，然后进入聚焦系统。GMD由低温辐射计校准。实验中，GMD测得的平均脉冲能量为7~11μJ(准偏差为2~4μJ)。聚焦系统由SiC椭圆镜和柱面镜组成。每个反射镜的反射率为70%，焦距为1m。自由电子激光(FEL)进入作用腔之前，使用两组挡光板，两组挡光板有三个直径分别为4.0毫米和3.5毫米的滤光孔，以滤除镜面反射和非镜面反射产生的大部分散射光，但这一过程并不减少光子通量。自由电子激光光束然后聚焦在VMI光谱仪中心的样品气体光束上。测得的焦斑半径为13μm，平均强度为2 ~ 3132±10瓦/厘米。气体分子与自由电子激光场相互作用。被气体分子电离的电子被电场加速。该方向垂直于自由电子激光光束及其线性偏振轴的方向。气体分子面对由微通道板和荧光屏组成的检测器。然后，用一个电荷耦合器件摄像机记录同步到达的电子和自由电子激光脉冲的位置。在我们的测量中，光量子角分布(PAD)沿着自由电子激光器的偏振方向是圆柱对称的，因此测量的二维动量分布投影可以用逆阿贝尔变换(inverse Abel transformation)转化为三维光子动量分布，光量子角分布也可以用勒让德多项式展开来表示。飞行时间质谱仪是我们实验中非常重要的仪器。我们可以用它来测量光场中的离子，从而了解分子在光场作用下的行为。飞行时间质谱仪在实验中非常常见。其原理是样品分子在强激光场的作用下电离，形成的离子进入电场加速，所有离子获得相同的动能，然后进入无场自由飞行区。然而，因为每个离子有不同的质量，它将在不同的时间到达检测器。飞行时间质谱仪可用于测量离子信号强度随飞行时间的分布，即离子的飞行时间质谱。探测器、前置放大器和信号处理构成了数据采集系统。探测器主要由两块微通道板组成。微通道板检测到的信号离子由前置放大器放大，然后由数字存储示波器采集。最后，它被存储在计算机中进行处理。在实验过程中，掌握激光触发脉冲、脉冲阀触发脉冲和示波器采集触发脉冲之间的时序非常重要。我们主要使用数字脉冲延迟和控制器来控制三者之间的时序。离子速度成像技术是研究强激光场与分子原子相互作用的一种非常实用的实验方法。它主要由三部分组成:探测器、荧光屏和摄像机。当激光场与样品分子相互作用时，会检测到产生的离子或电子。电荷耦合器件摄像机记录数据信息，然后传输到计算机进行处理。测得的二维动量图像利用逆阿贝尔变换形成三维图像，然后获得样品离子或电子的角度分布、电离和解离通道等信息。速度成像装置主要由真空腔、分子束、加速电场和检测系统组成。分子束与激光相互作用，电离产生的碎片被电场加速，然后通过自由飞行区聚焦在探测器上，最后用电荷耦合器件摄像机记录实验数据。该设备的原理图如图2.2.2所示。真实空腔长为327毫米；；排阻电极、引出电极和接地电极三块电极板的间距分别为10毫米和20毫米；；空腔的内径和外径分别为86毫米和92毫米。
第二章实验设备和原理....................................................................................11
2.1实验设备...............................................................................................11
2.1.1飞行时间质谱系统....................................................................12
2.1.2数据采集系统.................................................................................12
2.2实验原理...............................................................................................13
2.2.1速度成像技术.................................................................................13
2.2.3反阿贝尔变换..................................................................................16
2.3实验分子的结构特性.........................................................................17
第三章极紫外光场中分子光电子角分布的研究................................19
3.1极紫外场中O2电子的角分布..........................................................19
3.2氧离子在极紫外场中的角度分布..........................................................23
3.3 C2 H2电子在极紫外场中的角分布...........................................26
3.4本章总结...............................................................................................29
摘要
本文主要介绍速度成像法的原理，并利用该方法处理极紫外光场中O2电子、单价离子和C2H2电子的角分布。第一部分首先介绍自由电子激光器的发展历史，了解激光技术的发展。其次，详细介绍了光场中的分子行为，主要包括微扰区、库仑区和相对论区。我们研究的库仑区域主要分析该区域发生的各种电离、离解、库仑爆炸等现象。第二部分主要介绍了实验的仪器和原理。速度成像方法是实验的主要支持，详细描述了速度成像的重要环节，如离子透镜和逆阿贝尔变换。第三部分是数据处理部分，是本文的核心。本部分主要介绍了氧电子、单价离子和C2H2电子在极紫外光场中的电离和解离，得到了相应的电子和离子角分布。
在实验和数据处理过程中，还有一些问题需要在以后的实验中解决:1 .在实验中，我们对每个分子只使用一种波长的激光脉冲，将来我们可以使用多种波长的激光，以便在不同波长的激光作用下获得样品分子的不同特性。2.当处理O2单价离子时，在动量的三维角分布图像的外圆发现一个非常亮的半圆，其原因可能是微通道板的放电。3.为了实现理论与实验的结合，可以进行更多的理论计算。β2和β4得到的角分布与实验得到的角分布相吻合，并发现了一些差异。经过分析，β2和β4的精度可能是由于腔内其他物体的电离和电子的产生而获得的。这也是未来实验需要改进的地方。总之，在未来的实验中，我们可以通过改变激光的能量和波长，结合理论计算，对样品分子的电离、离解和库仑爆炸进行深入研究。
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