Многофотонная ионизация с усилением резонанса - Википедия - Resonance-enhanced multiphoton ionization

(2 + 1) REMPI

Многофотонная ионизация с усилением резонанса (REMPI) - это метод, применяемый к спектроскопия из атомы и маленький молекулы. На практике перестраиваемый лазер может использоваться для доступа к возбужденное промежуточное состояние. В правила отбора связанный с двух-фотон или другой многофотонный фотопоглощение отличаются от правил отбора для однофотонного перехода. Метод REMPI обычно включает резонансное поглощение одного или нескольких фотонов в электронно возбужденное промежуточное состояние, за которым следует другой фотон, который ионизирует атом или молекула. Интенсивность света для достижения типичного многофотонного перехода обычно значительно больше, чем интенсивность света для достижения фотоабсорбции одиночных фотонов. Из-за этого очень вероятно последующее фотопоглощение. Ион и свободный электрон образуются, если фотоны передали достаточно энергии, чтобы превысить пороговую энергию ионизации системы. Во многих случаях REMPI предоставляет спектроскопическую информацию, которая может быть недоступна для однофотонные спектроскопические методы, Например ротационная структура в молекулах легко увидеть с помощью этой техники.

REMPI обычно генерируется сфокусированным лазерным лучом с перестраиваемой частотой для образования плазмы небольшого объема. В REMPI первые m фотонов одновременно поглощаются атомом или молекулой в образце, переводя его в возбужденное состояние. Остальные n фотонов впоследствии поглощаются, образуя электронно-ионную пару. Так называемый m + n REMPI - это нелинейный оптический процесс, который может происходить только в фокусе лазерного луча. Вблизи фокальной области лазера образуется плазма малого объема. Если энергия m фотонов не соответствует какому-либо состоянию, может произойти нерезонансный переход с дефектом энергии ΔE, однако маловероятно, что электрон останется в этом состоянии. При большой отстройке он находится там только в течение времени Δt. Принцип неопределенности выполняется для Δt, где ћ = h / 2π, а h - постоянная Планка (6,6261 × 10 ^ -34 Дж ∙ с). Такие переходы и состояния называются виртуальными, в отличие от реальных переходов в состояния с большим временем жизни. Реальная вероятность перехода на много порядков выше, чем вероятность виртуального перехода, что называется эффектом усиления резонанса.

Ридберг заявляет

Эксперименты с высокой интенсивностью фотонов могут включать многофотонные процессы с поглощением энергии фотона, кратной целому. В экспериментах с многофотонным резонансом промежуточным звеном часто является низколежащий Состояние Ридберга, а конечным состоянием часто является ион. Исходное состояние системы, энергия фотона, угловой момент и другие правила отбора могут помочь в определении природы промежуточного состояния. Этот подход используется в резонансной многофотонной ионизационной спектроскопии (REMPI). Техника широко используется как в атомный и молекулярная спектроскопия. Преимущество метода REMPI состоит в том, что ионы можно детектировать почти с полной эффективностью и даже время решено для их массы. Также можно получить дополнительную информацию, проведя эксперименты по изучению энергии освобожденного фотоэлектрона в этих экспериментах.

Обнаружение микроволн

Недавно было продемонстрировано, что когерентное микроволновое рэлеевское рассеяние (радар) от REMPI может обеспечивать измерения с высоким пространственным и временным разрешением, что позволяет проводить чувствительную ненавязчивую диагностику и точное определение профилей концентрации без использования физических датчиков или электродов. Он применялся для оптического обнаружения таких частиц, как аргон, ксенон, оксид азота, оксид углерода, атомарный кислород и метильные радикалы, как в закрытых ячейках, так и на открытом воздухе и в атмосферном пламени.[1][2]

Микроволновое обнаружение основано на гомодинных или гетеродинных технологиях. Они могут значительно повысить чувствительность обнаружения за счет подавления шума и отслеживания субнаносекундного образования и развития плазмы. Метод гомодинного обнаружения смешивает обнаруженное микроволновое электрическое поле с его собственным источником для получения сигнала, пропорционального их произведению. Частота сигнала преобразуется с десятков гигагерц до менее одного гигагерца, так что сигнал может быть усилен и наблюдаться с помощью стандартных электронных устройств. Из-за высокой чувствительности, связанной с гомодинным методом обнаружения, отсутствия фонового шума в микроволновом режиме и возможности синхронизации детекторной электроники с лазерным импульсом, очень высокие отношения сигнал / шум возможны даже с источниками микроволнового излучения мощностью в милливатт. Эти высокие отношения сигнал / шум позволяют отслеживать временное поведение микроволнового сигнала в субнаносекундной шкале времени. Таким образом, можно регистрировать время жизни электронов в плазме. Используя микроволновый циркулятор, был построен единственный микроволновый рупорный приемопередатчик, что значительно упрощает экспериментальную установку.

Обнаружение в микроволновом диапазоне имеет множество преимуществ перед оптическим обнаружением. Используя гомодинную или гетеродинную технологию, можно определять электрическое поле, а не мощность, поэтому можно добиться гораздо лучшего подавления шума. В отличие от оптических гетеродинных методов, юстировка или согласование мод эталона не требуется. Большая длина волны микроволн приводит к эффективному точечному когерентному рассеянию плазмы в фокальном объеме лазера, поэтому синхронизация не важна, а рассеяние в обратном направлении является сильным. Многие микроволновые фотоны могут рассеиваться одним электроном, поэтому амплитуда рассеяния может быть увеличена за счет увеличения мощности микроволнового передатчика. Низкая энергия микроволновых фотонов соответствует большему количеству фотонов на единицу энергии, чем в видимой области, поэтому дробовой шум резко снижается. Для слабой ионизации, характерной для диагностики микроорганизмов, измеренное электрическое поле является линейной функцией количества электронов, которая прямо пропорциональна концентрации микроорганизмов. Кроме того, в микроволновом диапазоне спектра очень мало солнечного или другого естественного фонового излучения.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Чжили Чжан, Михаил Н. Шнейдер, Сохаил Х. Заиди, Ричард Б. Майлз, «Эксперименты по микроволновому рассеянию REMPI в аргоне, ксеноне и оксиде азота», AIAA 2007-4375, Майами, Флорида
  2. ^ Догариу, А.; Майкл, Дж .; Stockman, E.; Майлз, Р., «Обнаружение атомарного кислорода с помощью радара REMPI», в Конференции по лазерам и электрооптике (CLEO) / Международной конференции по квантовой электронике (IQEC) (Оптическое общество Америки, Вашингтон, округ Колумбия, 2009 г.)