纳秒脉冲驱动准分子光源的实验及模型研究-物理电子学专业毕业论文

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1、复旦大学硕士论文第一章绪论己l侣旨J11斗随着现代工业的发展、经济的繁荣，产生的工业及生活污染物也越来越多，如果这些人为排放的污染物不经处理就进入大气、水体或土壤，则会对环境造成极大的危害。因此，保护我们的生存环境不受污染，己成为世界性的课题。尽管已有不少成熟的工业废水废气处理技术，探索更有效和成本更低的污染治理技术一直是当今环保领域的研究热点。高级氧化法(AdvaneedoxidationProeesseS，简称AOPs)是20世纪80年代发展起来的一种污染物处理技术，作为一种有效的废水处理手段，AOPs近年来引起了越来越多的关注「’][2][3][4][，】。其原理为有机物在

2、紫外光和氧化剂或催化剂的协同作用下，逐步被氧化成低分予中间产物最终生成二氧化碳、水和其它无机离子。每一种化合物(包括03和H20:这两种最常用的氧化剂)都有一最佳的吸收波长，只有在紫外辐射的波长与有机物的吸收波长相匹配的情况下，其效率才能达到最大[6]。这就需要紫外光源能够发射特定的窄带光谱，并有一定的辐射强度。传统光氧化方法中所用的汞灯发射的光谱只有185nln和253.7nm两条可供使用，很难与多种有机污染物的吸收光谱匹配。所以，尽管汞灯的辐射效率很高，但其辐射不是总能被有效利用。因此有必要研究开发适于工业应用的特定波长高强度的新型紫外光源。采用介质阻挡放电激发产生准分子紫外

3、辐射的准分子紫外光源具有上述所要求的特性。用稀有气体或稀有气体与卤素的混合物产生的气体放电可以激发准分子，并产生波长从近紫外(400nm)到远紫外几个纳米的非相干性发射。激发的可能的准分子辐射包括xeZ*、FZ*、elZ*、B几*、xZ*、ArBr*、Arel*、助F*、心I*、KIBr*、持F*、Xex*、XeCI*、xeF*，辐射波长范围从172nm到35Inm[7]。通过选择合适的准分子光源以及控制放电参数可得到符合要求的较窄的紫外辐射，并用于引发光化学、光物理反应，进行废水废气处理，材料的表面改性、加工，薄膜的沉积、刻蚀[8]。1.2准分子紫外光源:21准分子191准分子

4、是一种处于激发态的双原子分子(英文为exciteddimmer，简写为复旦大学硕士论文excimer)，不存在稳定的基态。通常情况下，这种非稳态的激发态分子仅能存在几个纳秒，然后通过自发辐射的方式跃迁回能量较小的状态就会辐射出光子，同时分解为原子。准分子一般包括稀有气体(RgZ*)、卤素(XZ*)、稀有气体一卤素(RgX*)以及汞·卤素(HgX*)二聚物，其光谱是位于紫外和真空紫外区域的窄带辐射，见表1.1。各种准分子波长及其相应的化学键如图1.1所示。表1.119]稀有气体、卤素可能产生的各种准分子波长稀有气体(Rg)ArKrXe74fl们n84flrn126mll14611」

5、1117211111CFl158nnl10811111193nln249nrn354llln卤素259】11】117511111222nJll308n们n(XZ)289nln165】1111207flrn28211111342nnl191】111125311」nEdis，eV入，nmCCC一Brrr————————334434430500——————CCC一CI一一—555300———XeF*CCC一C一一—666250————C一OI:*HHH一Bresss—888150———N一HXeCI*H一ClCCC一H一一—1000000000HHHZ一一一一一一XeBr卑OOO一H一

6、一一一一C12*U︵C一一O一CKrF*KrCI*:J::_DDDDDDDDDDDnnn一I一—————AxK砂Frz*ez*rz*z*———————777200——————————9999999图1.119]准分子波长及其对应的化学键复旦大学硕士论文1.2.2准分子的形成过程稀有气体双原子准分子是最简单的准分子，如HeZ*、NeZ*、ArZ*、掩2*和XeZ*，是通过激发态的稀有气体原子R*与基态的原子通过三体碰撞反应形成的。另一类较重要的准分子是稀有气体一卤素准分子，如ArCI*、KxCI*、XeCI*、ArF*、玲F*、XeF*等。稀有气体一卤素准分子的形成过程比较复杂，包

7、括基态的原子分子，离子以及激发态原子分子。主要的反应过程如下:I、电离和激发首先是稀有气体和卤素分子在高能电子的作用下被激发和电离:百+R分R，+e1.1巨+R分R++Ze1.2百十XZ分X+X一1.3R表示稀有气体粒子(如Ar，Kr，Xe等)，X表示卤素粒子(如F，CI，Br或I)。H、准分子的生成大多数的稀有气体一卤素准分子复合物(RX*)是由正电性的稀有气体离子和负电性的卤素离子经过三体复合反应生成的;也可以是激发态的稀有气体粒子把能量传递给卤素分子而形成激发态的RH*准分