]苯甲醛時(shí)間分辨的超快衰減動(dòng)力學(xué)曲線測(cè)量
[0043]本實(shí)施例測(cè)試用來說明該時(shí)間分辨的帶電粒子成像裝置的時(shí)間分辨特性。首先，利用氦氣作為載氣，通入分析純的苯甲醛液體中，形成混合有苯甲醛分子的混合氣體。該混合氣體流經(jīng)脈沖閥，通過超聲擴(kuò)散的方式注入第一級(jí)真空腔體，形成超聲分子束。該分子束經(jīng)過隔離錐進(jìn)行方向準(zhǔn)直，從而在第二級(jí)真空腔體中得到具有單一方向的超聲分子束。
[0044]在本實(shí)施例中，飛秒激光系統(tǒng)I輸出的激光波長(zhǎng)在810納米，通過延遲光路系統(tǒng)2可以形成具有時(shí)間分辨的光路。具體到本實(shí)施例，首先利用延遲光路系統(tǒng)2中的光路I和光路2得到具有相對(duì)延遲的兩束飛秒脈沖激光，波長(zhǎng)分別為270納米與405納米。其中，405納米波長(zhǎng)的激光是基頻光倍頻之后產(chǎn)生的倍頻光，讓其經(jīng)過精密控制的延遲平臺(tái)。而光路I則是通過對(duì)飛秒激光系統(tǒng)I輸出的基頻光進(jìn)行三倍頻，得到270納米的激光。上述具有相對(duì)延遲的兩束飛秒脈沖激光與之前制備的超聲分子束在帶電粒子速度聚焦電極組5區(qū)域的第一片和第二片電極之間相互作用。該相互作用過程具體而言，經(jīng)過延遲光路系統(tǒng)2得到的具有相對(duì)延遲的飛秒激光脈沖中的270納米的激光首先將超聲分子束中的苯甲醛分子激發(fā)到特定的激發(fā)態(tài)，而后由另外一束405納米的飛秒激光將該超聲分子束中被激發(fā)的分子電離。電離后形成的產(chǎn)物被帶電粒子速度聚焦電極組5投射到帶電粒子成像探測(cè)器上，掃描270納米和405納米兩束光的相對(duì)延遲時(shí)間，可以得到苯甲醛離子信號(hào)強(qiáng)度的變換曲線，而該曲線表示的便是苯甲醛分子處于特定激發(fā)態(tài)時(shí)的超快動(dòng)力學(xué)信號(hào)。
[0045]另外，結(jié)合光參量放大器，對(duì)延遲光路系統(tǒng)2的光路3輸出光路進(jìn)行倍頻，可以得到可調(diào)諧紫外區(qū)域的波長(zhǎng)。如圖2所示，該圖中的點(diǎn)畫線便是測(cè)得的有光路3輸出的倍頻光280納米飛秒激光脈沖做激發(fā)，光路2輸出的405納米的飛秒激光做探測(cè)的到的苯甲醛分子激發(fā)態(tài)的超快動(dòng)力學(xué)曲線。另外，圖2中的插圖所示的是利用氙氣作為標(biāo)準(zhǔn)體系測(cè)量時(shí)間分辨光路的時(shí)間分辨性能的圖片。從圖中可以清晰的得出，該實(shí)驗(yàn)裝置的時(shí)間分辨本領(lǐng)在82飛秒，因此，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)苯甲醛分子激發(fā)態(tài)超快動(dòng)力學(xué)過程的實(shí)時(shí)探測(cè)。
[0046]實(shí)施例2
[0047]吡咯的時(shí)間分辨的光電子圖像
[0048]本實(shí)施例測(cè)試旨在說明本發(fā)明的另外一個(gè)特性，可以直接測(cè)量分子電子激發(fā)態(tài)的時(shí)間分辨的光電子圖像。首先，利用氦氣作為載氣，通入分析純的吡咯液體中，形成混合有吡咯分子的混合氣體。該混合氣體流經(jīng)脈沖閥，通過超聲擴(kuò)散的方式注入第一級(jí)真空腔體，形成超聲分子束。該分子束經(jīng)過隔離錐進(jìn)行方向準(zhǔn)直，從而在第二級(jí)真空腔體中得到具有單一方向的超聲分子束。飛秒激光系統(tǒng)I輸出的激光波長(zhǎng)在810納米，通過延遲光路系統(tǒng)2可以形成具有時(shí)間分辨的光路。具體到本實(shí)施例，首先利用延遲光路系統(tǒng)2中的光路2和光路3得到具有相對(duì)延遲的兩束飛秒脈沖激光，波長(zhǎng)分別為405納米與329納米。利用329納米的飛秒激光將吡咯分子激發(fā)至特定激發(fā)態(tài)上，而后利用405納米的飛秒激光將該被激發(fā)的分子進(jìn)行電離，從而實(shí)現(xiàn)探測(cè)。通過掃描延遲光路系統(tǒng)2中作為探測(cè)光的光路2可以得到吡咯分子特定激發(fā)態(tài)的具有時(shí)間分辨的超快動(dòng)力學(xué)曲線。如圖3所示，即為吡咯在特定激發(fā)波長(zhǎng)下的動(dòng)力學(xué)延遲曲線。接著，選取延遲曲線中的二個(gè)特定的時(shí)間點(diǎn)，利用帶電粒子速度聚焦電極組5將電離后產(chǎn)生的電子速度聚焦至帶電粒子成像探測(cè)器7上，利用圖像采集系統(tǒng)8可以實(shí)時(shí)的采集圖像，如此就可以得到具有時(shí)間分辨功能的分子激發(fā)態(tài)的光電子圖像，如圖4所示，圖4a代表的是在相對(duì)延遲時(shí)間為O飛秒時(shí)采集得到的光電子圖像,而圖4b則是時(shí)間相對(duì)延遲經(jīng)過600飛秒后采集得到的光電子圖像。通過對(duì)采集到的圖像進(jìn)行進(jìn)一步分析，就可以重建分子特定電子激發(fā)態(tài)所包含的超快過程。
[0049]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解上面的實(shí)施例純粹是以示例的方式給出的，并且一些改變是可能的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種時(shí)間分辨的帶電粒子成像裝置，其特征在于:包括: Ca)飛秒激光系統(tǒng)(I)用于產(chǎn)生超短激光脈沖，脈沖寬度10飛秒至1000飛秒，上述激光脈沖寬度范圍足以實(shí)現(xiàn)對(duì)微觀領(lǐng)域超快過程的實(shí)時(shí)探測(cè)； (b)延遲光路系統(tǒng)(2)是利用所述飛秒激光系統(tǒng)(I)所產(chǎn)生的超短激光脈沖實(shí)現(xiàn)超快時(shí)間分辨技術(shù)的光路系統(tǒng)； (c)真空系統(tǒng)(3)包括兩級(jí)真空系統(tǒng)，分別是束源室和離化室； (d)束源系統(tǒng)(4)在束源室中產(chǎn)生用于研究的超聲原子、分子或者中性團(tuán)簇束； (e)帶電粒子速度聚焦電極組(5)將具有相同動(dòng)能的帶電粒子投射在空間平面的同一點(diǎn)上； (f)外磁場(chǎng)屏蔽系統(tǒng)(6)用于屏蔽地磁場(chǎng)，避免離子或者電子在無場(chǎng)飛行區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)受到外界電磁場(chǎng)的干擾； (g)帶電粒子成像探測(cè)器(7)對(duì)聚焦后的電子信號(hào)進(jìn)行放大同時(shí)對(duì)其聚焦的位置進(jìn)行成像； (h)圖像采集系統(tǒng)(8)采集帶電粒子成像探測(cè)器所成的帶電粒子信號(hào)的圖像，進(jìn)行定量的數(shù)據(jù)分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)間分辨的帶電粒子成像裝置，其特征在于:所述飛秒激光系統(tǒng)(I)所廣生的超短激光脈沖的基頻光的脈沖頻率在10赫茲至10千赫茲，光譜中心在810納米，光譜寬度5納米至70納米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)間分辨的帶電粒子成像裝置，其特征在于: 所述延遲光路系統(tǒng)(2)將所述的飛秒激光系統(tǒng)(I)所產(chǎn)生的超短激光脈沖的基頻光分解成3條光路； 光路I將基頻光進(jìn)行倍頻或者三倍頻生成405 (±20)納米或者270 (± 10)納米的激光脈沖；光路2將基頻光通過步進(jìn)電極精密控制的光學(xué)延遲平臺(tái)；光路3將基頻光通過光參量放大器，為500納米至2100納米光譜范圍內(nèi)的超短激光脈沖； 光路I和光路3都能夠與光路2組合形成具有相對(duì)光程延遲的時(shí)間分辨的光路系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的時(shí)間分辨的帶電粒子成像裝置，其特征在于:所述延遲光路系統(tǒng)(2)中的光路2所使用的步進(jìn)電極精密控制的光學(xué)延遲平臺(tái)的單步移動(dòng)距離為0.3微米至300微米，從而使光路2的時(shí)間分辨本領(lǐng)在2飛秒至2000飛秒之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)間分辨的帶電粒子成像裝置，其特征在于: 所述真空系統(tǒng)(3)采用兩級(jí)真空，每級(jí)真空系統(tǒng)均采用機(jī)械泵做前級(jí)泵粗抽真空，之后再用分子泵對(duì)真空室進(jìn)行精抽，從而達(dá)到更高的真空環(huán)境； 所述真空系統(tǒng)(3)在所述束源系統(tǒng)(4)未工作時(shí)，真空度均高于10_4帕；當(dāng)所述束源系統(tǒng)(4)工作時(shí)，所述真空系統(tǒng)(3)的真空度均高于10_3帕； 所述真空系統(tǒng)(3)包含有束源系統(tǒng)(4)的真空室稱為束源室，另外一級(jí)真空室稱為離化室，束源室與離化室之間有一個(gè)隔離錐相連，隔離錐的開孔大小為0.5毫米至5毫米，立體角度為10度至150度，所述隔離錐的錐尖方向指向束源室。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)間分辨的帶電粒子成像裝置，其特征在于: 所述束源系統(tǒng)(4)用于產(chǎn)生氣相、液相以及部分固相研究體系的超聲束源； 對(duì)于氣相體系，將所述氣相體系與載氣混合后通過脈沖閥注入束源室形成超聲束源； 對(duì)于液相和固相體系，借助于載氣利用蒸汽壓將所述液相和固相體系原子或分子等注入束源室形成超聲束源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)間分辨的帶電粒子成像裝置，其特征在于: 所述帶電粒子速度聚焦電極組(5)由三片圓環(huán)電極組成:所述三片圓環(huán)電極的外徑為60毫米至200毫米；第一片電極中心開孔直徑在0.5毫米至5毫米，第二片電極中心開孔直徑在5毫米至50毫米，第三片電極中心開孔直徑在5毫米至50毫米； 所述三片電極之間的間距在5至50毫米； 所述帶電粒子速度聚焦電極組(5)的各電極由金屬材料加工而成，包括不銹鋼、銅或者招。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)間分辨的帶電粒子成像裝置，其特征在于:所述外磁場(chǎng)屏蔽系統(tǒng)(6)為一金屬圓筒，筒壁的厚度為0.2毫米至2毫米，長(zhǎng)度為5厘米至50厘米；所述金屬圓筒的材料為μ合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的時(shí)間分辨的帶電粒子成像裝置，其特征在于:所述束源系統(tǒng)(4)產(chǎn)生的超聲束源經(jīng)過隔離錐準(zhǔn)直后進(jìn)入離化室，并在帶電粒子速度聚焦電極組(5)內(nèi)與經(jīng)過透鏡聚焦的延遲光路系統(tǒng)(2)相互作用，束源系統(tǒng)產(chǎn)生的分子束被具有時(shí)間分辨功能的激光脈沖電離，電子經(jīng)過被帶電粒子速度聚焦電極組(5)投射在帶電粒子成像探測(cè)器(7)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)間分辨的帶電粒子成像裝置，其特征在于:所述帶電粒子成像探測(cè)器(7)由微通道板和熒光屏組成，對(duì)探測(cè)到的帶電粒子信號(hào)進(jìn)行放大并且由熒光屏對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行成像。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)間分辨的帶電粒子成像裝置，其特征在于:所述圖像采集系統(tǒng)(8)為一高速CCD相機(jī)，所述高速CCD相機(jī)能夠捕獲熒光屏上所成的電子信號(hào)經(jīng)過放大的圖像。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種時(shí)間分辨的帶電粒子成像裝置。該裝置包括飛秒激光系統(tǒng)、延遲光路系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、束源系統(tǒng)、帶電粒子速度聚焦電極組、外磁場(chǎng)屏蔽系統(tǒng)、帶電粒子成像探測(cè)器和圖像采集系統(tǒng)。所述裝置結(jié)合了飛秒超快時(shí)間分辨技術(shù)、帶電粒子速度聚焦成像技術(shù)，可以測(cè)量帶電粒子的高分辨的能譜和角度分布的實(shí)時(shí)變化信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)中性原子或分子體系激發(fā)態(tài)超快動(dòng)力學(xué)過程的探測(cè)。為了得到詳細(xì)的原子與分子激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)信息，發(fā)展具有超快時(shí)間分辨功能的實(shí)驗(yàn)方法變得尤其重要。
【IPC分類】G01N27-64
【公開號(hào)】CN104597112
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310536198
【發(fā)明人】劉本康, 王利, 王艷秋
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2013年10月31日