n_2分子在飞秒强激光场中的电离和解离研究

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1、硕士学位论文N2分子在飞秒强激光场中的电离和解离研究IONIZATIONANDDISSOCIATIONOFN2MOLECULEININTENSEFEMTOSECONDLASERFIELD杨宇亮哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：O437学校代码：10213国际图书分类号：537.5密级：公开工学硕士学位论文N2分子在飞秒强激光场中的电离和解离研究硕士研究生：杨宇亮导师：夏元钦教授申请学位：工学硕士学科：物理电子学所在单位：航天学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O437

2、U.D.C:537.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringIONIZATIONANDDISSOCIATIONOFN2MOLECULEININTENSEFEMTOSECONDLASERFIELDCandidate：YangYuliangSupervisor：Prof.XiaYuanqinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PhysicalElectronicsAffiliation：SchoolofAstro

3、nauticsDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要当激光强度可以与原子或分子的库仑势能比拟时，原子或分子将会出现电离现象，电离后的分子离子会在其内部库仑势的作用下解离，形成离子碎片，表现在飞行时间质谱上是一个谱峰分裂的现象。通过研究谱峰的分裂现象，可以为人们提供在强激光脉冲作用下原子的电离信息以及分子的解离信息，为使用飞秒脉冲控制分子的解离通道提供重要的实验依据。论文首先介绍了原子分子与强激光场相互

4、作用的研究背景和意义以及国内外的研究进展，同时阐述了原子分子在强激光场中可能出现的几种电离方式，即多光子电离、隧穿电离、阈值上电离，以及这几种电离方式出现的条件。首先，开展了原子及分子与强激光脉冲相互作用发生电离解离的理论研究。分别阐述了在激光场作用下原子的电离与分子的电离解离现象，讨论了激光强度与偏振态对分子电离解离的影响。然后，阐明了飞行时间质谱仪的总体结构及其工作原理，包括真空靶室的真空维持系统及其进气系统、真空靶室内部的二级电场系统、微通道板探测系统以及飞秒激光系统。此外，还给出了飞行时间质谱的谱峰标定方法，并对真空靶室

5、内残余空气的飞行时间质谱进行了谱峰的标定。在此基础上，使用重复频率为1kHz，激光平均功率为1.7W，脉冲的宽度为50fs的掺钛蓝宝石啁啾脉冲放大飞秒激光器和飞行时间质谱仪，对N2分子在飞秒强激光场中的电离解离进行了研究。开展了飞秒激光电场强度对N2分子在强激光脉冲作用下产生的电离及解离的影响研究。在获得的质谱中，发现了N2分子电离后产生的N2+分子离子以及解离产生的N3+、N2+、N+离子碎片。通过对这四个离子对应的质谱谱峰的研究，发现当激光强度大于4×1014W/cm2时，质谱中已经出现N+离子。随着激光强度的增加，N2+、

6、N3+离子陆续地被观测到。开展了飞秒激光的偏振方向对N2分子的电离及解离的影响研究。当激光偏振方向与飞行时间质谱仪的轴向平行时，N2分子发生的电离解离最明显，表现在质谱中为N3+、N2+、N+离子碎片的信号达到最强。当激光偏振方向转过90度后，三种离子的信号达到最弱，甚至消失在噪声中。此外，发现在激光偏振方向转过20度时，N2+分子离子信号最强。在激光偏振方向转过70度时，N2+分子离子信号最-I-摘要弱。另外，在飞行时间质谱中，发现了谱峰分裂，即库仑爆炸的现象。对比了激光偏振方向改变时，N3+、N2+、N+离子碎片发生谱峰分裂

7、后出现的两个谱峰的峰值的变化。发现N3+和N2+离子碎片的谱峰分裂与激光偏振方向有着密切的关系。当激光偏振方向转过30度时，分裂后的两个谱峰峰值几乎相同；偏振方向小于30度时，两个谱峰中的靠后的谱峰峰值较大；大于30度时，出现了相反的情况。而这一点在N+分子离子中并未观察到。关键词：飞秒强激光场；飞行时间质谱；库伦爆炸-II-AbstractAbstractIfthelaserintensityiscanparablewithatomicandmolecularCoulombpotential,atomsormoleculesw

8、illappearionizationandionizationofmolecularionwillbedissociatedattheinterioroftheCoulombpotential.Theformationoffragmentionswillbee