第13章 碰撞光谱.ppt

第十三章 碰撞光谱 * 自由讨论： 1，什么是弹性碰撞，什么是非弹性碰撞？ 2，如何形成超冷分子? 3，什么是碰撞展宽，与哪些物理参数有关？ 4，碰撞有哪些类型？ 5，如何描述分子的能态？ 碰撞展宽和碰撞频移光谱 激发态非弹性碰撞 基态碰撞 超冷分子形成 两体碰撞类型 1，化学组成守恒 2，内态守恒 3，动能守恒 4，动量守恒 A + B A + B A* + B （弹性碰撞） （非弹性碰撞） 1，化学组成守恒 2，内态不守恒（其中一者 或两者内态发生变化） 3，动能不守恒 4，动量守恒 C + D 1，化学组成不守恒 2，内态不守恒 3，动能不守恒 4，动量守恒 （反应碰撞） 第13.1节 碰撞展宽和频移光谱 非弹性碰撞（只有加宽，没有频移） 弹性碰撞（即有展宽，也有频移） 相互作用势最小 接触参数b：无相互作用两粒子的最小距离 软碰撞 硬碰撞 软碰撞：能级移动小，?线核 硬碰撞：能级移动大，?线尾 碰撞过程的亚Doppler光谱 自发辐射线宽内的无Doppler光谱（Lamb dip） Lamb dip边界条件 碰撞过程能够改变粒子运动的角度 Lamb dip内 Lamb dip外 速度与x,y平面夹角小于临界角的原子贡献在Lamb dip 内 软碰撞：改变粒子角度小，不影响吸收频率，但是影响相位?Lamb dip内展宽 硬碰撞：改变粒子角度大，吸收频率离开dip区域?Lamb dip外展宽 不同气压下，不同碰撞对线型影响 线核展宽?软碰撞 线尾展宽?硬碰撞 1.4mbar 30mbar 79mbar 第13.2节 激发态非弹性碰撞截面测量 1，抑止截面（由于碰撞使激发态布局数减少，从而原子发出荧光减少?抑止） Quenching cross section Electric state transition 2，碰撞诱导转动振动跃迁 碰撞在寿命 范围内发生, *表示激发态 M粒子内能变化 转移到B粒子内能或者两粒子的动能 在荧光谱中，碰撞过程使主光谱(parent)周围出现其他的光谱结构(collision induced satellite)?碰撞信息 频率?碰撞后的能级 强度?碰撞截面 偏振?碰撞的消极化度 Na2分子碰撞后在parent峰周围出现很多碰撞光谱线 数率方程（k, m为转动振动能级）：R?碰撞 parent satellite 稳态解 假定 Satellite 和parent 的比 谱线相对强度? 由碰撞荧光谱线?碰撞截面 3，电子能量的碰撞转移 相互作用能（Rc处相交） 内能可以转换为碰撞伙伴的内能或者两粒子的动能，在Rc处发生碰撞能态转移 内能碰撞转移 能量共振：内能转化为内能 4，两激发态原子的碰撞能量聚集 两激发态原子碰撞时，一个原子激发到更高电子态，另一原子驰豫到更低电子态 碰撞几率 碰撞到 截面 通过探测相应的更高激发态的荧光?碰撞几率 由于两激发态的能量之和大于分子电离能?产生分子电离态 5，自旋反转光谱 碰撞使自旋改变，再利用光谱研究碰撞后自旋态的分布 态制备 自旋反转碰撞 光探测 态制备 电子碰撞(自旋反转)? 探测：利用不同频率的激光泵浦不同自旋态，再通过荧光探测 第13.3节 基态碰撞跃迁 基态能量 能量转换形式 振动能?振动能 振动能?转动能 振动能?电子能 振动能?平动能（温度） 例如 N2分子的振动能转移给CO2的振动能量 1，时间分辨的吸收和双共振探测 激发态的碰撞可以用荧光探测，基态碰撞则 可以用吸收和双共振吸收方法 泵浦光 荧光/粒子数 1，泵浦光清除 2，等待不同时间（碰撞布居到i态） 3，探测光激发i态，并监视3态荧光 稳态：R?碰撞 步骤 光泵结束后（i态粒子数小） 如果光泵过程不影响m态 驰豫常数 约和质量 时间常数 相对速度 在泵浦过程后，粒子数又以指数形式回复到稳态 2，高振动态碰撞 高振动态分子碰撞后，可以将分子解离为原子 制备高振动态分子的方法 1，多光子过程 2，单光子泵浦 3，受激Raman过程 多光子 单光子泵浦 受激Raman 解离能 振动能 动能 分子解离 2，反应碰撞光谱 优点： 1，通过选择不同反应物的内态，研究反应速度对内态的依赖性 2，在特定初始条件下，研究不同反应路径的相对反应几率 分子研究小组：重点项目，135规划 ?改变分子反应轨道，研究超快反应动力学 3，光助碰撞能量转移 碰撞形成分子 分子吸收光子形成激发态 激发态分子解离为激发态原子 满足条件 大的Frack－Condon系数 对于激发态原子 碰撞几率小（背景气体温度抑止碰撞粒子获得更高动