速度影像譜儀的研制及其在強(qiáng)場原子分子電離研究中的應(yīng)用.pdf

1、速度影像譜儀可以獲取強(qiáng)場作用產(chǎn)物的三維動(dòng)量分布，能同時(shí)得到作用產(chǎn)物的動(dòng)能分布以及角度分布信息。這項(xiàng)突出的能力使得速度影像譜儀成為強(qiáng)場原子、分子物理中的一項(xiàng)重要的研究工具。本文詳細(xì)介紹了速度影像譜儀的研制、搭建過程以及基于譜儀開展的相關(guān)研究工作：研究了激光-氣體作用區(qū)域?qū)λ俣扔跋穹直媛十a(chǎn)生影響的機(jī)制，并進(jìn)一步通過采用色散補(bǔ)償速度影像技術(shù)和消球差速度影像技術(shù)，大幅度提高了速度影像譜儀的能量分辨率。然后，結(jié)合超快激光，通過改變激光光強(qiáng)實(shí)現(xiàn)了對

2、多光子共振電離的選擇性增強(qiáng)。
　　本文首先對速度影像譜儀系統(tǒng)的搭建過程作了詳細(xì)地介紹。分別對系統(tǒng)中各個(gè)組成部分的原理及技術(shù)要點(diǎn)、參數(shù)作了詳細(xì)的介紹，按結(jié)構(gòu)主要分為飛行電場、真空系統(tǒng)、氣體進(jìn)樣系統(tǒng)、激光器系統(tǒng)、探測器及實(shí)驗(yàn)信號(hào)處理系統(tǒng)幾個(gè)部分。著重對飛行電場及靜電透鏡的設(shè)計(jì)這一系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分作了詳細(xì)的介紹，通過SIMION軟件對靜電透鏡的聚焦能力及譜儀系統(tǒng)的分辨能力作了仔細(xì)的研究。另外通過對Xe多光子電離過程的成像實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了譜

3、儀具有良好的探測能力。在搭建譜儀的同時(shí)，還針對譜儀的成像技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)的研究及改進(jìn)工作。
　　分別從VMI譜儀軸向和徑向兩個(gè)維度出發(fā)，研究了不同尺度的激光-氣體作用區(qū)域?qū)Σ煌瑒?dòng)能電子/離子的能量分辨率造成的影響。研究發(fā)現(xiàn)，軸向作用區(qū)域尺度主要影響高能電子/離子的分辨率；而徑向作用區(qū)域尺度主要影響高能和低能電子/離子，對中間能量的電子/離子影像很小。進(jìn)一步地，通過追蹤粒子的飛行軌跡，分析了作用區(qū)域大小影響分辨率背后的機(jī)制。通過對影響

4、機(jī)制的研究，發(fā)現(xiàn)靜電透鏡使不同動(dòng)能的粒子聚焦在軸向的不同位置，最終導(dǎo)致分辨率受到了很大影響。影響機(jī)制的研究為影像譜儀的改進(jìn)作了鋪墊，針對靜電透鏡的這種效應(yīng)采取相應(yīng)的辦法，可以大幅度改善譜儀的能量分辨率。
　　提出了一種色散補(bǔ)償技術(shù)來改善速度影像譜儀的能量分辨率。這種方法與速度影像裝置的原始設(shè)計(jì)主要區(qū)別在于多加了兩塊柵網(wǎng)電極。兩塊柵網(wǎng)電極所形成的偏轉(zhuǎn)電場補(bǔ)償了能量分辨率的“v”形色散。成像過程的模擬結(jié)果顯示，采用色散補(bǔ)償方法后，VM

5、I譜儀的動(dòng)能分辨率通過該方法可以被顯著改善。研究發(fā)現(xiàn)，采用該色散補(bǔ)償?shù)姆椒ê?，影像譜儀的能量分辨率水平提高了接近一倍。
　　進(jìn)一步地，又提出了另外一種更簡單、可行的方法來提高離子速度影像實(shí)驗(yàn)中的能量分辨率——消球差速度影像技術(shù)?；谝慌_(tái)傳統(tǒng)的三電極板-速度影像譜儀，該方法在提取極板上施加了一個(gè)跳變電壓來減小靜電透鏡的球差效應(yīng)。通過精確的控制電壓跳變的時(shí)刻，成功地對傳統(tǒng)影像譜儀中靜電透鏡的球差效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了壓制。模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用

6、消球差-速度影像技術(shù)可以明顯的提高影像譜儀的分辨率水平。數(shù)據(jù)顯示，使用該方法后，能量分辨率水平可以提高兩倍。
　　基于研制和搭建成功的譜儀系統(tǒng)，使用800nm線偏振激光對Xe進(jìn)行了多光子電離實(shí)驗(yàn)，并且得到不同光強(qiáng)下的高分辨光電子動(dòng)量譜。發(fā)現(xiàn)在特定光強(qiáng)下，Xe的動(dòng)量譜中呈現(xiàn)出一種明顯的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，并且兩個(gè)環(huán)分別在較低和較高的光強(qiáng)下消失。通過研究光強(qiáng)分辨的光電子能譜發(fā)現(xiàn)，這種雙環(huán)結(jié)構(gòu)來自于原子多個(gè)里德堡態(tài)的多光子共振電離。通過改變激光光