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在無緩沖氣體 (如氬氣等 )的情況下 ,利用 UV脈沖激光把 RbI分子進行光解 ,隨后再用可見光激光對光解生成物 Rb原子實行共振激發和電離 ,也就是說 , RbI分子的光離解以及產物之一Rb原子的共振吸收與電離是在同一實驗中完成的 ,同時 ,用飛行質譜裝置對 Rb+的質譜進行了研究.
用油擴散泵 (有效抽速 1 000 L /s) ,使真空室達到約 1. 33× 10- 4Pa.緩慢加熱分子束源 ,使溫度到 270～ 280℃ ,保持 1～ 2 h預熱時間 ,然后迅速上升到工作溫度 580～ 600℃.此時 ,大量的 RbI分子開始向真空室中噴射 ,分子束流速度分布窄 ,分散角小 ,在電離室附近 ,其直徑約為 9 nm,分子密度大約 2× 1011 個 /cm3 .把兩束染料激光束和分子束調整到同一水平上;UV激光束和分子束垂直 ,可見光束與二者分別成 45°角.聚焦后 UV光束與可見光束和分子束在離化室中心處交叉. UV光在交叉點處的束直徑 5 nm,聚焦前的光強約 5× 106W /cm2,聚焦后的光強可達 4. 2× 109W /cm2 .
根據 RbI分子的真空紫外吸收譜,在實驗中用波長為 327 nm的 UV光對 RbI分子進行光離解 ,光解過程表示為
RbI+ hγ→ Rb( S 1 /2 )+ I( P 3/2 )
RbI分子吸收一個紫外光子后 ,由基態 X1 ? +躍遷到能量最低的分子第一激發態.從鍵型看 , RbI分子的基態為離子鍵 ,而激發態為共價鍵.當把 RbI分子由基態激發到處于預離解態時 , RbI分子被離解成處于基態的 Rb原子及 I原子.由 RbI分子光離解后產生的 Rb原子在第二束激光 (可見光 )作用下 ,使 Rb原子進行共振吸收 .考慮到延時 ,該可見光是通過長約 5 m 的光纖導入電離室內.用該可見光進行激光波長的掃描.選擇染料激光的掃描步長為 0. 01 nm,由長波方向向短波方向進行.當調諧到 Rb原子的共振吸收波長時 ,銣原子吸收兩個相同能量的光子經第一激發態而被光電離 ,或是 Rb原子由基態躍遷到激發態 ,處在激發態的 Rb原子隨后吸收另一個 UV光子而被光電離 ,此 UV光子來源于經平面鏡反射回到室中的 UV光 ,如圖 2所示 .在數字存儲示波器上可以直接觀察到 Rb+的質譜信號隨掃描波長的變化 .當調到波長 421. 5 nm和 420. 1 nm附近時 ,屏上明顯的出現兩個大的峰信號.如圖 3所示.當把由光纖導入的調諧可見光阻擋時 ,兩個大峰信號馬上從屏上消失 . 由此可進一步證實 ,兩個大峰信號是 Rb原子在共振吸收時產生的電離信號.圖 3給出了 Rb+的三維質譜圖.
實驗中 ,被聚焦后的 UV脈沖激光的光強約為109W /cm2,在強激光作用下 ,不可避免地存在多光子電離過程 . 處于基態的 RbI分子吸收一個 UV光子被解離后 ,生成物 Rb原子可以通過連續的吸收 2個紫外光子被電離.如圖 2所示.這種非共振多光子電離信號對共振電離信號影響不大 ,它作為背景信號的一部分.
RbI分子吸收一個紫外光子被光解后 ,另一個生成的是處于基態的 I原子 ,它可以連續地吸收 3個紫外光子而被電離 ,如圖 4所示.實驗中觀察到了 I原子經三光子電離而形成的非共振電離信號.它的幅度比Rb原子的共振電離信號的幅度小得多.當 UV 激光的能量增加時 ,不僅 Rb原子的共振電離信號明顯增加 ,而且 I原子的非共振電離也變得越來越明顯 .這是
因為 I+的峰值與光強 I的三次方成正比.當阻擋住可見光時 , I+信號沒有什么變化 .
在背景信號中 ,還存在更復雜的成分 ,主要有:1)當增加 UV激光的峰值功率時 ,一系列的質量輕的離子信號出現 ,它的幅度也很小 ,即使把分子源阻擋 ,這些信號依然存在 .原因是有少量的擴散泵油進入室內 ,在 UV脈沖激光的作用下 ,產生一些以 C-H成分為主的輕質量離子碎片.
2)在較高溫度下蒸發 RbI分子 ,而且 RbI分子的密度較大 ,不可避免地產生少量的分子不純物 (如碘化銣分子的二聚物 ) ,雖然這些二聚物所占比例較小 ,但它們與 UV光作用后經多光子過程導致離子的產生 ,仍然構成一部分背景信號.
3) RbI分子吸收一個 UV光子被激發到分子的第一激發態 ,一種可能是被光解成基態的 Rb原子和 I原子 ,另一種可能是使處在激發態的 RbI分子 ,吸收一個紫外光子被電離 ,形成 RbI分子離子。
[1]霍炳海,高節,崔栓錦,泰利H.H,薩利姆Z.T.激光離解碘化銣分子與銣原子的共振電離研究[J].天津大學學報,2001(02):265-267.