碘甲烷激光诱导等离子体光谱

论文摘要

本文采用激光Raman光谱、色散荧光光谱及时间分辨光谱方法,对CH3I分子的振动能级结构、多光子激发解离以及激光等离子体分解动力学过程进行了实验研究。在碘甲烷激光Raman光谱研究中,对所得CH3I分子的Raman光谱进行了振动模式归属,并依据Raman激发特性和CH3I的分子结构特征,解释了各振动模Raman散射的强度分布,将532.2cm-1确定为碘甲烷灵敏指纹Raman谱线,对应于C-I键对称伸缩振动v3（a1）。在上述研究的基础上,采用色散荧光光谱和时间分辨光谱方法,研究了308nm激光作用下CH3I多光子激发解离过程,以及532nm强激光作用下激光诱导等离子体解离CH3I的动力学过程。在308nm激光作用下,CH3I分子激发解离的主要荧光粒子是CH3、I和CH3I+根据荧光谱线强度随入射激光能量的变化关系,确定了它们的激发和荧光跃迁通道。CH3I+来自于基态CH3I分子经中间共振（5pπ,6p）里德堡态的（2+1）三光子电离：而CH3和I来自于基态CH3I分子共振吸收一个308nm光子跃迁到A带A1和E排斥态的解离。根据各荧光粒子相应激发态的荧光寿命随气压的变化,得到了CH3（E2A1）、CH3I+（A2A1）和I（5s25p4（3p）6p）能级的自发辐射寿命τ0及碰撞弛豫速率常数kQ。在532nm强激光（1011W/cm2）诱导等离子体作用下,CH3I分子激发解离的主要荧光粒子为CH3I+、CH3、CH2、CH、C、H、C+、C2+、I+、I2+。采用时间分辨光谱方法对上述荧光粒子进行了时间分辨测量,荧光粒子产生的时间顺序依次为：首先是CH3I+,而后几乎同时出现的是CH3和I+,随后是CH2、CH、C和H,紧随其后是C+,最后是I2+和C2+。由此对碘甲烷激发解离机理进行了分析探讨,归结出了碘甲烷激发解离主要经历了“共振多光子激发电离→CH3I+解离→爆炸脱氢→碰撞激发或电离→次级电离”的物理过程。本工作所得到的结果不仅为碘甲烷的鉴别及激发解离研究提供了重要依据,所采用研究方法对研究其他多原子分子在强光场作用下化学反应动力学过程具有借鉴价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 第2章 实验基本原理
• 2.1 激光Raman光谱
• 2.1.1 Raman散射的经典理论
• 2.1.2 Raman散射的量子理论
• 2.1.3 振动Raman散射的选择定则
• 2.2 色散荧光发射光谱原理和多光子激发过程
• 2.2.1 荧光的产生过程
• 2.2.2 分子的荧光辐射
• 2.2.3 多光子过程
• 2.3 激光诱导等离子体的形成及特性
• 2.3.1 激光诱导等离子体及其冲击波的形成
• 2.3.2 激光等离子体激发解离气体分子
• 2.3.3 等离子体的荧光辐射
• 第3章 碘甲烷的Raman光谱检测
• 3.1 实验装置
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 碘甲烷Raman光谱归属
• 3.2.2 碘甲烷Raman光谱的强度分析
• 3.2.3 碘甲烷指纹灵敏Raman谱线的确定
• 3.3 小结
• 第4章 碘甲烷多光子激发色散荧光谱
• 4.1 实验装置
• 4.2 实验结果和讨论
• 3I电子态和能级分布'>4.2.1 CH₃I电子态和能级分布
• 3I⁺荧光的形成机制'>4.2.2 CH₃I⁺荧光的形成机制
• 3和I荧光的形成机制'>4.2.3 CH₃和I荧光的形成机制
• 4.2.4 色散荧光谱的归属
• 4.2.5 自发辐射寿命和弛豫速率常数的测量
• 4.3 小结
• 第5章 碘甲烷激光诱导等离子体光谱
• 5.1 实验装置
• 5.2 实验结果和讨论
• 5.2.1 荧光辐射谱线归属
• 5.2.2 碘甲烷激光诱导等离子体中荧光粒子的时间行为
• 5.2.3 碘甲烷激光诱导等离子体中荧光粒子的形成机制
• 5.2.4 碘甲烷激光诱导等离子体电子温度测量
• 5.2.5 碘甲烷激光诱导等离子体的光谱特征分析
• 5.2.6 气压对碘甲烷激光诱导等离子体荧光辐射的影响
• 5.3 小结
• 第6章 结束语
• 参考文献
• 致谢