检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：鲁振中哈尔滨工业大学

学位级别：博士

激光感生碰撞是指通过激光场与粒子间碰撞的共同作用,在两个不同粒子的非共振能级之间实现激发能量转移的一种非线性光学过程。在激光感生碰撞过程中,储能粒子的能量可以被定向地转移到靶粒子的特定能级上,这种激发所选粒子的特定靶能... 详细信息

激光感生碰撞是指通过激光场与粒子间碰撞的共同作用,在两个不同粒子的非共振能级之间实现激发能量转移的一种非线性光学过程。在激光感生碰撞过程中,储能粒子的能量可以被定向地转移到靶粒子的特定能级上,这种激发所选粒子的特定靶能级的能力使其在控制化学反应通道方面具有巨大的潜在应用价值。此外,激光感生碰撞过程中,光场的参与,可以极大地提高粒子间碰撞能量转移的速度和效率,使粒子间的非弹性碰撞截面大小成量级增加。因此,研究激光感生碰撞过程对于发展短波长激光光源具有非常重要的意义。\n 激光感生碰撞过程包括激光感生碰撞能量转移和激光感生碰撞电荷转移。目前,对激光感生碰撞能量转移的研究大多都是针对偶极-偶极碰撞过程进行的,对于多极碰撞过程则涉及较少,没有相应的理论模型对激光感生多极碰撞过程进行描述;此外,近年来的研究热点——强光场作用下的碰撞电荷转移过程,引起了众多学者的关注。但到目前为止,相关研究还停留在理论研究阶段,理论预言缺少相应的实验验证。针对这些问题,本文提出了新的碰撞系统、理论模型和实验方案,对这两种重要的激光感生碰撞过程进行了理论和实验研究。\n 在原子-原子间激光感生碰撞能量转移的理论研究方面,通过考虑了相互作用哈密顿量的高阶展开、碰撞过程中原子运动速度的统计分布以及所有中间态对激光感生碰撞的贡献,首次建立了激光感生多极碰撞能量转移模型。\n 在此基础上,分别对Sr-Ca偶极-四极碰撞系统、以及本文提出的Ca-Sr四极-偶极碰撞系统和Xe-Kr四极-四极碰撞系统中激光感生碰撞能量转移过程进行了理论计算。三个多极碰撞系统的反应机制和能级结构互不相同,分别代表了激光感生多极碰撞能量转移的几种典型情况。\n Sr-Ca偶极-四极碰撞系统具备了典型的激光感生碰撞过程的特征:弱场条件下截面谱线型具有明显的不对称性,谱线红端为非稳翼,蓝端为准稳翼。强场条件下,随着转移激光场强的增强,谱线趋于对称,并发生红移。该Sr-Ca系统截面大小随碰撞速度和系统温度的增加而减小。此外,理论计算得到的截面大小和***的实验结果吻合的较好,证明了本文理论模型的正确性。\n Ca-Sr四极-偶极碰撞系统弱场条件下的能量转移谱具有和Sr-Ca系统相反的非对称性,即红端为准稳翼,蓝端为非稳翼。同时弱场条件下的截面谱为双峰结构,两个谱峰分别对应于不同的激发机制。强场条件下Ca-Sr系统谱线线型随场强增加也展现出一些不同于Sr-Ca系统的变化规律:随着转移激光场强的增强,谱线发生蓝移,非稳翼一侧逐渐被抬高。\n Xe-Kr四极-四极碰撞系统的碰撞时间只有几个皮秒,远小于偶极-偶极、偶极-四极和四极-偶极系统的碰撞时间。所获得的Xe-Kr四极-四极碰撞能量转移谱的半高宽可以达到几十个cm-1,比偶极-偶极系统截面谱宽了一个量级以上。\n 理论计算结果还表明,激光感生多极(偶极-四极、四极-偶极和四极-四极)碰撞截面可以达到10-15cm2以上,远大于无场条件下的碰撞能量转移过程的截面(约为10-20~10-19cm2)与激光感生偶极-偶极碰撞过程具有相当的量级。首次从理论上证明了在多极碰撞系统中实现激光感生碰撞能量转移的可行性。\n 在实验方面,针对本文所提出的Xe-Kr系统激光感生四极-四极碰撞过程进行了实验研究,首次在实验中观测到四极-四极碰撞系统的激光感生能量转移过程。获得了Xe-Kr系统激光感生碰撞能量转移谱,其线型与理论计算结果具有一致的线型特征:谱线极大值位于Xe(4f2[9/2]4)→Kr(6d2[3/2]2)共振跃迁波长附近;谱线红端为非稳翼,谱线蓝端为准稳翼。通过对Xe-Kr系统谱线准稳翼线型规律的分析发现,Xe-Kr四极-四极碰撞系统准稳翼一侧谱线线型所遵循的变化规律不同于偶极-偶极过程,要比偶极-偶极截面谱下降的更为缓慢。这些特性与理论计算结果相吻合,证明了本文建立的理论模型的正确性。\n 在激光感生碰撞电荷转移方面,本文提出了一个新的Ne+-He激光感生碰撞电荷转移系统,这在国内外的研究中尚未见过报道。\n 在理论方面,建立了激光感生电荷转移的三能级理论模型,推导了电荷转移系统态振幅的运动方程,并给出了碰撞跃迁几率和电荷转移截面的表达式。在此基础上,对本文提出的Ne+-He系统进行了数值计算,研究了粒子间的碰撞能量、激光强度以及激光波长对电荷转移截面的影响。计算结果表明,低碰撞能条件下,光场对粒子间的电荷转移具有明显的增强作用。与无光场条件下的碰撞电荷转移截面(10-19 cm2)相比,光场作用下的电荷转移截面可增大两个量级以上,从理论上证明了在Ne+-He系统中实现强激光场感生电荷交换过程的可行性。此外,理论计算结果还表明,强光场作用下粒子间的电荷转移截面随转移激光偏振的变化

关键词：激光感生碰撞多极碰撞能量转移电荷转移短波长激光光源

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激光感生碰撞能量转移和电荷转移的理论与实验研究

激光感生碰撞能量转移和电荷转移的理论与实验研究

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作者：张洪英哈尔滨工业大学

学位级别：博士

激光感生碰撞（laser-induced collision）是指在两个不同粒子的碰撞过程中,利用激光场与粒子间碰撞的共同作用将其中一个粒子的激发能选择性地转移到另一个粒子的特定能级的一种光学过程。它只有在碰撞和激光场同时存在时才能产生,单... 详细信息

激光感生碰撞（laser-induced collision）是指在两个不同粒子的碰撞过程中,利用激光场与粒子间碰撞的共同作用将其中一个粒子的激发能选择性地转移到另一个粒子的特定能级的一种光学过程。它只有在碰撞和激光场同时存在时才能产生,单独激光或单独碰撞不能产生这种跨越粒子之间的能级跃迁现象。由于激光的参与,使得不同粒子之间通过碰撞传递能量变得更加快速和有效;通过粒子间的碰撞作用,又可以实现直接单光子激发难以完成的跃迁,达到预期的高激发态,形成粒子数反转,获得短波长激光。因此,研究激光感生碰撞过程对于发展短波长激光光源具有非常重要的意义。此外,激发所选粒子的特定靶能级的能力也使其在控制化学反应通道方面具有巨大的潜在应用价值。激光感生碰撞过程包括激光感生碰撞能量转移和激光感生碰撞电荷转移。在激光感生碰撞能量转移的传统研究中,所有的理论模型都假设了在碰撞过程中粒子的相对运动速度保持不变,以往的理论计算也是在此基础上进行的,这很显然不符合实际情况;此外,激光感生碰撞电荷转移的传统实验研究都是在混合金属蒸汽系统中进行,对于气体系统则未见报道。针对这两个问题,本文对这两种重要的激光感生碰撞过程做出了一些创新性的改进和完善,并进行了理论和实验研究。在原子间激光感生碰撞能量转移的理论研究方面,考虑到碰撞过程中原子运动速度的统计分布,对现有的激光感生碰撞能量转移的四能级理论模型进行了完善。根据热平衡状态下的麦克斯韦速度分布函数推导了两原子间相对运动速度的分布函数,并给出了对相对运动速度统计平均的碰撞截面。在此基础上,对以往研究不完善的Eu-Sr、Ba-Sr以及我们新提出的Eu-Sr系统进行了数值计算。这三个系统具有典型的代表性:前两个系统分别满足激光感生碰撞能量转移的两种极限情况,从而可以通过忽略一个中间能级而由四能级系统过渡为三能级系统;而我们提出的Eu-Sr系统则不满足这两个极限条件,因此不能简化为三能级系统,而必须采用四能级模型进行求解。分别计算了三个系统在不同的系统温度和转移激光强度下的激光感生碰撞跃迁几率和碰撞截面,并从准分子势能曲线的角度解释了各个系统的谱线特征。本文对于弱场情况计算得到的碰撞截面谱线形状与以往的结论相同:碰撞截面谱线明显不对称,一侧为非稳态翼,碰撞截面下降非常迅速;另一侧为准稳态翼,在很宽的转移激光失谐范围内都可以得到较大的碰撞截面。但计算表明,原子间相对运动速度的统计分布对碰撞截面的大小有明显影响,因此有必要在计算时加以考虑。在强场下激光感生碰撞能量转移谱表现出了明显区别于弱场情况的特征:（1）强场时谱线的宽度显著变窄,并且谱线形状失去了弱场时的明显不对称性,随着激光强度的提高逐渐趋于对称;（2）谱线的峰值位置明显偏离了共振频率而向着非稳态翼一侧发生偏移,偏移量的大小随着转移激光强度近似成线性增加。（3）峰值碰撞截面随着转移激光强度的增加而增大,并在增大到一定程度时出现了饱和现象。在激光感生碰撞电荷转移的研究方面,本文提出了一个新的单光束Xe+-N激光感生碰撞电荷转移系统,这在国内外的研究中尚未见过报道。由于其特殊的能级结构,利用一束440nm激光即可完成从反应初始能态Xe+的制备到激光感生碰撞电荷转移产生N+的整个过程,这与通常的激光感生碰撞过程需要两束激光完全不同。在理论方面,首先推导了与之相应的激光感生碰撞电荷转移的二能级理论模型,得到了态振幅的运动方程,并给出了碰撞跃迁几率和碰撞截面的表达式。在此基础上,对此Xe+-N系统进行了数值计算,得到了不同转移激光强度和失谐量时的碰撞跃迁几率和碰撞截面。对440nm波长转移激光的计算结果表明,在此波长附近激光感生碰撞电荷转移截面随转移激光波长的变化处于水平线性区,并且随着激光强度的增加近似成线性增大,证明了在该系统中实现本文提出的单光束激光感生碰撞电荷转移过程的可行性。在实验上,将分子束技术和飞行时间质谱检测技术相结合,对Xe+-N系统的激光感生碰撞电荷转移过程进行了实验研究,据我们所知,迄今为止国内外尚未发表过相关的报道。首先利用440nm染料激光多光子共振电离的方法制备了该系统的初始储能态Xe+,并测得了Xe在440nm波长附近的多光子共振电离谱,在不同参数条件下的实验结果表明利用光阑对光束进行模式净化以及适当减小束源压力有利于抑制电离谱的宽度以及避免离子信号出现饱和现象。在此基础上,利用一束440nm染料激光从实验上实现了该系统由Xe+产生N+的激光感生碰撞电荷转移过程。利用飞行时间质谱检测法对反应的产物离子(Xe+、N+和N2+)进行了探测,并对束源压力、激光波长和强度等参数对离子强度和产额的影响进行了分析。实验结果证实了在440nm波长附近,碰撞截面随激光波长的变化近似恒定,随激

关键词：激光感生碰撞能量转移电荷转移碰撞截面多光子电离飞行时间质谱

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Eu-Sr系统激光感生碰撞能量转移的数值研究

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光电子技术与信息 2004年第6期17卷 97-97页

作者：张洪英夏元钦陈德应哈尔滨工业大学光电子技术研究所，黑龙江哈尔滨1500011

本文以现有的四能级理论模型作为理论依据，直接积分态振幅的运动方程，分别对弱场、强场两种情况下，Eu-Sr系统的一个激光感生碰撞能量转移过程进行了数值计算．将弱场情况下数值计算的结果与解析解的计算结果进行了比较，二者吻合得... 详细信息

本文以现有的四能级理论模型作为理论依据，直接积分态振幅的运动方程，分别对弱场、强场两种情况下，Eu-Sr系统的一个激光感生碰撞能量转移过程进行了数值计算．将弱场情况下数值计算的结果与解析解的计算结果进行了比较，二者吻合得很好，证明了数值计算的正确性．此外，对强场情况下的激光感生碰撞过程进行了数值计算，

关键词： Eu-Sr系统激光感生碰撞能量转移四能级理论

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弱场中Ba-Sr系统激光感生碰撞过程的理论研究

引用

光学学报 2000年第12期20卷 1602-1608页

作者：陈德应郑瑞华王骐马祖光哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室光电子技术研究所哈尔滨150001

针对四能级理论模型的第二种极限情况 ,提出了 Ba- Sr激光感生碰撞能量转移系统 ,该系统满足 |ω2 1| |ω4 3|。利用四能级理论模型对该 Ba- Sr系统进行了数值计算 ,并与三能级近似理论模型的计算结果进行了比较。通过比较四能级理论与... 详细信息

针对四能级理论模型的第二种极限情况 ,提出了 Ba- Sr激光感生碰撞能量转移系统 ,该系统满足 |ω2 1| |ω4 3|。利用四能级理论模型对该 Ba- Sr系统进行了数值计算 ,并与三能级近似理论模型的计算结果进行了比较。通过比较四能级理论与三能级近似理论模型的计算结果 ,进一步证实了当 |ω2 1| |ω4 3|时。

关键词：激光感生碰撞能量转移钡-锶系统原子

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激光感生碰撞能量转移综述

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激光与光电子学进展 2000年第1期37卷 6-13,24页

作者：郑瑞华陈德应吕志伟尚铁梁马祖光哈尔滨工业大学光电子研究所哈尔滨150001

回顾了激光感生碰撞能量转移的理论与实验工作的进展。

关键词：激光感生碰撞碰撞截面激光光谱能量转移

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Cs-Sr系统中激光感生非弹性碰撞过程的数值研究

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中国科学（A辑） 2000年第3期30卷 251-259页

作者：陈德应郑瑞华王骐马祖光哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室光电子技术研究所哈尔滨150001

利用已建立的四能级理论模型对提出的Cs Sr中的两个激光感生碰撞过程进行了数值计算 ,得到了碰撞跃迁几率随碰撞参数的变化关系及碰撞截面随转换激光失谐量的变化关系 ,并与三能级近似理论模型的计算结果进行了比较 .通过比较四能级理... 详细信息

利用已建立的四能级理论模型对提出的Cs Sr中的两个激光感生碰撞过程进行了数值计算 ,得到了碰撞跃迁几率随碰撞参数的变化关系及碰撞截面随转换激光失谐量的变化关系 ,并与三能级近似理论模型的计算结果进行了比较 .通过比较四能级理论与三能级近似理论模型的计算结果 ,进一步证实了理论的分析 :当 |ω2 1|值与 |ω43 |相近时 ,三能级理论的计算结果将存在着很大的误差 ,而四能级理论模型则适合于计算各种条件下的激光感生碰撞过程 .

关键词：激光感生碰撞碰撞截面非弹性碰撞铯-锶系统

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原子和离子间激光感生碰撞电荷交换的微扰理论

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光学学报 1997年第11期17卷 1518-1527页

作者：陈德应王骐马祖光哈尔滨工业大学光电子技术研究所复旦大学激光化学研究所

将激光感生碰撞电荷交换看作一个四体系统，发展了激光感生碰撞电荷交换的微扰理论；以独立原子和离子的复合态波函数作为激光感生碰撞体系的基组函数，得到了体系态振幅的运动方程。利用激光感生碰撞电荷交换的微扰理论，对Ｃａ＋－Ｓ... 详细信息

将激光感生碰撞电荷交换看作一个四体系统，发展了激光感生碰撞电荷交换的微扰理论；以独立原子和离子的复合态波函数作为激光感生碰撞体系的基组函数，得到了体系态振幅的运动方程。利用激光感生碰撞电荷交换的微扰理论，对Ｃａ＋－Ｓｒ间激光感生碰撞电荷交换进行了数值计算，并与Ｇｒｅｅｎ等人［９］的实验结果进行了比较。

关键词：原子离子激光感生碰撞电荷交换碰撞截面

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Eu-Sr中激光感生碰撞能量转移的数值计算

引用

中国科学（A辑） 1997年第5期27卷 449-460页

作者：陈德应王骐马祖光哈尔滨工业大学光电子技术研究所

利用作者发展的四能级理论对Eu-Sr中的3个激光感生碰撞能量转移过程进行了数值计算,并与三能级近似理论模型的计算结果进行了比较。理论计算结果表明:只有当|ω_(43)|》|ω_(21)|时,利用三能级近似理论才能获得令人满意的计算结果;而当|... 详细信息

利用作者发展的四能级理论对Eu-Sr中的3个激光感生碰撞能量转移过程进行了数值计算,并与三能级近似理论模型的计算结果进行了比较。理论计算结果表明:只有当|ω_(43)|》|ω_(21)|时,利用三能级近似理论才能获得令人满意的计算结果;而当|ω_(43)|值和|ω_(21)|值的大小相近时,三能级近似理论就不能用来描述激光感生碰撞跃迁问题,而四能级理论则适合于任何情况下的激光感生碰撞能量转移问题。

关键词：激光感生碰撞碰撞截面铕原子锶原子能量转移

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激光感光碰撞过程的理论研究

激光感光碰撞过程的理论研究

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作者：陈德应哈尔滨工业大学

学位级别：博士

该文分别对原子和原子间、原子和离子间以及离子和离子间的激光感生碰撞过程进行了较为深入的理论研究.在原子和原子间的激光感生碰撞能量转移的研究中,在原有三能级近似理论的基础上,考虑了所有中间能级的影响,发展了原子和原子间激光... 详细信息

该文分别对原子和原子间、原子和离子间以及离子和离子间的激光感生碰撞过程进行了较为深入的理论研究.在原子和原子间的激光感生碰撞能量转移的研究中,在原有三能级近似理论的基础上,考虑了所有中间能级的影响,发展了原子和原子间激光感生碰撞能量转移的四能级微扰理论;与三维近似理论相比,四能级理论更适合于处理各种情况下原子和原子间的激光感生碰撞问题.在原子和离子间的激光感生碰撞电荷交换的研究中,首次建立了原子和离子间激光感生碰撞电荷交换的微扰理论,得到了激光感生碰撞电荷交换截面的解析表达式.在离子和离子间激光感生碰撞能量转移的研究中,首次发展了离子和离子间激光感生碰撞能量转移的微扰理论,并分别对三能级近似和四能级理论模型进行了详细求解,给出了激光感生碰撞截面的解析表达式.最后,分别介绍了原子和原子间、原子和离子间以及离子和离子间激光感生碰撞过程的实验研究方案.

关键词：原子离子激光感生碰撞碰撞过程碰撞电荷交换

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