Sm原子激发态光谱的研究

论文摘要

稀土原子激发态的研究不但对人们认识原子结构和性质具有重要的科学意义,而且在许多科技领域具有重要的应用价值,比如探索新激光机理、开发新型激光源以及发展激光分离同位素工程等。Sm原子作为一种典型的复杂原子,因具有未填满的内壳层而具有异常丰富的光谱。因为对其光谱特性进行研究面临着很高的挑战性,所以是一项具有很高的研究价值的课题。因此,本文对Sm原子的奇宇称和偶宇称这两类激发态的光谱及其特性进行了系统的实验研究,并进行了深入的理论分析。在实验方面,我们采用共振光电离技术对Sm原子的许多激发态进行了光谱研究。对于奇宇称激发态,采用一台频率可调谐的染料激光器将Sm原子从4f66s2 7FJ（J=0-6）态分别激发到具有不同电子组态（如:具有4f66s6p和4f55d6s2电子组态）的若干原子态上,再利用波长为355nm的紫外激光通过光电离对处于上述状态的Sm原子进行高灵敏探测,获得了一系列Sm原子的奇宇称态的光谱。对于偶宇称高激发态,则必须采用另一束频率可调谐的染料激光器将处于上述奇宇称激发态的Sm原子进一步激发到偶宇称激发态上并再吸收一个同样波长的光子,以实现光电离探测处于上述偶宇称激发态的Sm原子的目的。本实验研究不但确定了所有这些激发态的能级位置和相对光谱强度,还确定了它们的总角动量。本文的创新之处在于,通过精心设计并使用不同的激发路线完成了对处于同一能域但具有不同的总角动量的各种激发态的实验研究。在理论方面,我们利用量子力学的知识对所取得的实验结果进行了详尽的理论分析。本文运用偶极跃迁过程中的关于角动量和宇称的选择定则,再考虑跃迁谱线的强度定则等多种因素,对所测得的能量比较低的奇宇称态和能量比较高的偶宇称态进行全面的光谱分析和标识。利用实验中所用激光器的高准确性的波长定标结果并结合跃迁谱线的相对强度的计算结果,我们便可以根据跃迁的波长值和相对强度值来辨认处于同一能域、具有奇宇称的由4f66s6p和4f55d6s2电子组态所构成的所有可能的原子状态。然后,再进一步判断和辨识那些处于更高能域的具有偶宇称态的原子状态。在相对强度方面,理论结果和获得的实验测量结果相当一致,从而取得了满意的结果。总之,通过量子理论对Sm原子激发态的实验光谱数据的详细分析,本文不但确认了文献中已经报道的部分较低激发态的能级位置和光谱归属,而且还首次报道了大量高激发态的光谱及其特性。通过这一系列对Sm原子各种不同束缚激发态的光谱特征的研究,本文结果不仅显著丰富了该原子的光谱数据,也为各种与之相关的宏观材料的物理特性的研究提供了信息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 稀土原子的概述
• 1.2 稀土原子激发态的研究概况
• 1.3 本科题的研究意义和内容
• 第二章 实验装置与方法
• 2.1 实验装置
• 2.1.1 激光系统
• 2.1.2 原子束产生系统
• 2.1.3 信号采集与分析系统
• 2.2 分步激光激发技术
• 2.3 典型实验光谱与数据处理方法
• 第三章 理论方法
• 3.1 有心力场的近似
• 3.2 谱线强度的计算
• 3.3 SM 原子高激发态的理论分析
• 第四章 SM 原子激发态的光谱
• 4.1 SM 原子奇宇称态的光谱
• 4.2 SM 原子偶宇称态的光谱
• 4.3 单色三光子共振光电离光谱
• 4.4 结论
• 第五章 总结
• 5.1 主要研究结论
• 5.2 主要创新之处
• 5.3 未来的研究方向
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢