Resonanzverstärkte Multiphotonionisation

(2+1) rempi

Resonanzverstärkte Multiphotonionisation (Rempi) ist eine Technik, die auf die angewendet wird Spektroskopie von Atome und Klein Moleküle. In der Praxis a Abstimmbarer Laser kann verwendet werden, um auf einen zuzugreifen aufgeregter Zwischenzustand. Das Auswahlregeln mit einem Zwei-Photon oder ein anderes Multiphoton Photoabsorption unterscheiden sich von den Auswahlregeln für einen einzelnen Photonenübergang. Die REMPI -Technik umfasst typischerweise eine resonante Einzel- oder Mehrfachphotonenabsorption in einen elektronisch angeregten Zwischenzustand, gefolgt von einem anderen Photon, der ionisiert das Atom oder Molekül. Die Lichtintensität, um einen typischen Multiphoton -Übergang zu erreichen, ist im Allgemeinen signifikant größer als die Lichtintensität, um eine einzelne Photon -Photonabsorption zu erreichen. Aus diesem Grund ist eine nachfolgende Photoabsorption oft sehr wahrscheinlich. Ein Ion und ein freies Elektron ergeben sich, wenn die Photonen genügend Energie vermittelt haben, um die Ionisationsschwellenenergie des Systems zu überschreiten. In vielen Fällen liefert REMPI spektroskopische Informationen, die nicht verfügbar sein können Einzelphotonen -spektroskopische Methoden, zum Beispiel Rotationsstruktur in Molekülen ist mit dieser Technik leicht zu sehen.

REMPI wird normalerweise durch einen fokussierten Frequenz-einstimmbaren Laserstrahl erzeugt, um ein kleines Plasma zu bilden. In REMPI werden erste M -Photonen gleichzeitig von einem Atom oder Molekül in der Probe absorbiert, um es in einen angeregten Zustand zu bringen. Andere N -Photonen werden danach absorbiert, um ein Elektron- und Ionenpaar zu erzeugen. Der sogenannte M+N RMPI ist ein nichtlinearer optischer Prozess, der nur im Fokus des Laserstrahls auftreten kann. In der Nähe des Laser-Fokusbereichs wird ein Plasma mit kleinem Volumen gebildet. Wenn die Energie von M-Photonen keinem Zustand übereinstimmt, kann ein nicht resonanter Übergang mit einem Energiedefekt ΔE auftreten. Es ist jedoch sehr unwahrscheinlich, dass das Elektron in diesem Zustand bleibt. Für ein großes Verlassen liegt es nur während der Zeit Δt. Das Unsicherheitsprinzip ist für ΔT erfüllt, wobei ћ = h/2π und h die Planckkonstante sind (6,6261 × 10^-34 J ∙ S). Ein solcher Übergang und die Zustände werden im Gegensatz zu realen Übergängen zu Staaten mit langen Lebensdauern als virtuell bezeichnet. Die wahre Übergangswahrscheinlichkeit ist viele Größenordnungen höher als der virtuelle Übergang, der als Resonanzverstärkereffekt bezeichnet wird.

Rydberg Staaten

Hohe Photonenintensitätsexperimente können Multiphotonenprozesse mit der Absorption von ganzzahligen Multiplikaten der Photonenenergie beinhalten. In Experimenten, bei denen eine Multiphotonenresonanz beinhaltet, ist das Zwischenprodukt häufig ein niedrigem Liegen Rydberg Stateund der letzte Zustand ist oft ein Ion. Der anfängliche Zustand des Systems, der Photonenergie, des Winkelimpulses und anderer Auswahlregeln kann zur Bestimmung der Art des Zwischenzustands helfen. Dieser Ansatz wird in resonanzverstärktem Multiphoton-Ionisationsspektroskopie (REMPI) ausgenutzt. Die Technik wird in beiden weit verbreitet Atomic und molekulare Spektroskopie. Ein Vorteil der RMPI Zeit für ihre Masse entschlossen. Es ist auch möglich, zusätzliche Informationen zu erhalten, indem Experimente durchgeführt werden, um die Energie des freigestellten Photoelektrons in diesen Experimenten zu untersuchen.

Mikrowellenerkennung

Es wurde nachgewiesen, dass in Phasen kohärente Mikrowellenstreuung aus REMPI-induzierten Plasmafilamenten die Fähigkeit zur Erzielung hoher räumlicher und zeitlicher Auflösungsmessungen aufweist, die eine empfindliche nichtintertusive Diagnostik und genaue Bestimmungen der Konzentrationsprofile ohne Verwendung von physikalischen Sonden oder Elektroden ermöglichen. Es wurde zum Nachweis von Arten wie Argon, Xenon, Stickoxid, Kohlenmonoxid, Atomsauerstoff und Methylradikalen sowohl in geschlossenen Zellen, Open -Luft- als auch atmosphärischen Flammen angewendet.[1][2]

Die Mikrowellenerkennung basiert auf Homodyne- oder Heterodyne -Technologien. Sie können die Erkennungsempfindlichkeit durch Unterdrückung des Rauschens erheblich erhöhen und die Erzeugung und Evolution der Subnanosekundenplasma folgen. Die Homodyne -Erkennungsmethode mischt das erkannte mikrowellen elektrische Feld mit einer eigenen Quelle, um ein Signal proportional zum Produkt der beiden zu erzeugen. Die Signalfrequenz wird von Gigahertz auf unter einem Gigahertz umgewandelt, sodass das Signal mit Standard -elektronischen Geräten amplifiziert und beobachtet werden kann. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit, die mit der Homodyne -Nachweismethode verbunden ist, das Mangel an Hintergrundrauschen im Mikrowellenregime und die Fähigkeit des Zeitverstärkers der Erkennungselektronik synchron mit dem Laserimpuls sind, sind sehr hohe SNRs selbst bei Milliwatt -Mikrowellenquellen möglich. Diese hohen SNRs ermöglichen es, dass das zeitliche Verhalten des Mikrowellensignals auf einer Zeitskala von Subnanosekunden befolgt wird. Somit kann die Lebensdauer der Elektronen innerhalb des Plasma aufgezeichnet werden. Durch die Verwendung eines Mikrowellenzirkulators wurde ein einzelner Mikrowellenhorn -Transceiver gebaut, der das experimentelle Aufbau erheblich vereinfacht.

Die Erkennung in der Mikrowellenregion hat zahlreiche Vorteile gegenüber der optischen Erkennung. Mithilfe von Homodyne- oder Heterodyne -Technologien kann das elektrische Feld anstelle der Leistung erkannt werden, so dass eine viel bessere Rauschabstoßung erreicht werden kann. Im Gegensatz zu optischen Heterodyne -Techniken ist keine Ausrichtung oder Modusabgleich der Referenz erforderlich. Die lange Wellenlänge der Mikrowellen führt zu einer effektiven Punktkohärent -Streuung aus dem Plasma im Laserfokusvolumen. Daher ist die Phasenübereinstimmung unwichtig und es ist stark. Viele Mikrowellenphotonen können aus einem einzelnen Elektron aus gestreut werden, sodass die Amplitude der Streuung durch Erhöhen der Leistung des Mikrowellensenders erhöht werden kann. Die niedrige Energie der Mikrowellenphotonen entspricht Tausenden von mehr Photonen pro Energieeinheit als im sichtbaren Bereich, sodass das Schussrauschen drastisch reduziert wird. Für die schwache Ionisation, die für die Diagnostik der Spurenspezies charakteristisch ist, ist das gemessene elektrische Feld eine lineare Funktion der Anzahl der Elektronen, die direkt proportional zur Spurenspezieskonzentration ist. Darüber hinaus gibt es im Mikrowellenspektralbereich nur sehr wenig Solar oder andere natürliche Hintergrundstrahlung.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Zhili Zhang, Mikhail N. Shneider, Sohail H. Zaidi, Richard B. Miles, "Experimente zur Mikrowellenstreuung von RMPI in Argon, Xenon und Stickoxid", AIAA 2007-4375, Miami, FL FL.
  2. ^ Dogariu, A.; Michael, J.; Stockman, E .; Miles, R., "Atomer Sauerstofferkennung mit Radar RemPI", in der Konferenz über Laser und Elektrooptik (CLOO)/The International Quantenelektronikkonferenz (IQEC) (Optical Society of America, Washington, DC, 2009)