[发明专利]一种测量分子转动能级结构的方法

摘要

本发明一种测量分子转动能级结构的方法。本发明基于常规的分子电离光谱技术实现分子的电离和探测，如果需测量的分子转动能级上有分子布居，引入脉冲亏蚀激光将分子由基态转动态转移到激发态转动态从而使基态分子数目发生了转移损耗，扫描亏蚀激光的频率时记录基态分子电离后的信号强度就可以反映分子布居转动态结构；如果需测量的分子转动能级上没有分子布居，先引入脉冲微波将分子有布居转动态转移到未布居转移态，再使用上述亏蚀激光探测分子布居转动态结构的方案，将亏蚀激光耦合分子未布居转动态，也可以将亏蚀激光耦合分子布居转动态，扫描微波频率时记录基态分子电离后的信号强度变化就可以反映分子布居转动态与未布居转动态之间的能级跃迁。

主权项

一种测量分子转动能级结构的方法，其特征是包括以下步骤：(1)用电离光谱技术对布居在基态振动态上的分子进行探测，具体操作如下：使用高能量脉冲激光，将处于基态振动态的分子首先激发到分子激发态振动态，使用相同的高能量脉冲激光再次将分子激发态振动态激发到分子电离态，然后用微通道板探测器或者通道电子倍增器探测电离态的分子；(2)采用半导体激光器将一束线宽在MHz量级、功率在mW量级的激光作用到基态振动态的分子上，作用时间在ms量级，其中在半导体激光器的前方光路上设置一个挡光板，通过调整挡光板的开和关来调整激光的作用时间，该激光称为亏蚀激光；(3)如果需测量的分子转动能级上有分子布居，采用亏蚀激光对该分子转动能级进行探测，具体操作如下：(a)调谐亏蚀激光的频率使其共振于分子基态转动态和分子激发态转动态，将分子由基态转动态转移到激发态转动态，由于激发态分子的能级寿命在ns量级，分子很快会自发辐射到基态的其它振动态；(b)关闭亏蚀激光、采用高能量脉冲激光对分子离子进行探测，由于亏蚀光耦合的基态分子数目发生了转移损耗，因此发生光电离的分子数目会减少，分子离子信号减少的数量就反映了对应转动态上分子的布居；(c)扫描亏蚀激光的频率，同时记录基态分子电离后的信号强度变化，该信号强度变化反映基态某一振动态上转动态的分子布居，信号强度变化越大，说明分子布居越多；(4)如果需测量的分子转动能级上没有分子布居，结合微波转移和亏蚀激光实现对该分子转动能级的探测，具体操作如下：(a)首先，采用微波源对基态分子作用脉冲微波，作用时间在ms量级，使微波频率调谐于布居分子转动态和未布居分子转动态之间，可以将布居分子转动态的分子转移到未布居分子转动态；(b)然后作用一束亏蚀激光，作用时间在ms量级，如果使亏蚀激光的频率调谐于分子基态未布居转动态和分子激发态转动态共振位置，当关闭亏蚀激光、打开电离光后，发生光电离的分子数目会减少；如果使亏蚀激光的频率调谐于分子基态布居转动态和分子激发态转动态共振位置，当关闭亏蚀激光、打开电离光后，发生光电离的分子数目会在步骤(3)亏蚀激光导致数目减少的基础上反向增加；(c)扫描微波频率，同时记录基态分子电离后的信号强度变化，该信号强度变化反映基态某一振动态上布居转动态与未布居转动态之间的能级跃迁，信号强度变化越大，基态某一振动态上布居转动态与未布居转动态之间的能级跃迁越强。