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在无缓冲气体 (如氩气等 )的情况下 ,利用 UV脉冲激光把 RbI分子进行光解 ,随后再用可见光激光对光解生成物 Rb原子实行共振激发和电离 ,也就是说 , RbI分子的光离解以及产物之一Rb原子的共振吸收与电离是在同一实验中完成的 ,同时 ,用飞行质谱装置对 Rb+的质谱进行了研究.
用油扩散泵 (有效抽速 1 000 L /s) ,使真空室达到约 1. 33× 10- 4Pa.缓慢加热分子束源 ,使温度到 270～ 280℃ ,保持 1～ 2 h预热时间 ,然后迅速上升到工作温度 580～ 600℃.此时 ,大量的 RbI分子开始向真空室中喷射 ,分子束流速度分布窄 ,分散角小 ,在电离室附近 ,其直径约为 9 nm,分子密度大约 2× 1011 个 /cm3 .把两束染料激光束和分子束调整到同一水平上;UV激光束和分子束垂直 ,可见光束与二者分别成 45°角.聚焦后 UV光束与可见光束和分子束在离化室中心处交叉. UV光在交叉点处的束直径 5 nm,聚焦前的光强约 5× 106W /cm2,聚焦后的光强可达 4. 2× 109W /cm2 .
根据 RbI分子的真空紫外吸收谱,在实验中用波长为 327 nm的 UV光对 RbI分子进行光离解 ,光解过程表示为
RbI+ hγ→ Rb( S 1 /2 )+ I( P 3/2 )
RbI分子吸收一个紫外光子后 ,由基态 X1 +跃迁到能量最低的分子第一激发态.从键型看 , RbI分子的基态为离子键 ,而激发态为共价键.当把 RbI分子由基态激发到处于预离解态时 , RbI分子被离解成处于基态的 Rb原子及 I原子.由 RbI分子光离解后产生的 Rb原子在第二束激光 (可见光 )作用下 ,使 Rb原子进行共振吸收 .考虑到延时 ,该可见光是通过长约 5 m 的光纤导入电离室内.用该可见光进行激光波长的扫描.选择染料激光的扫描步长为 0. 01 nm,由长波方向向短波方向进行.当调谐到 Rb原子的共振吸收波长时 ,铷原子吸收两个相同能量的光子经第一激发态而被光电离 ,或是 Rb原子由基态跃迁到激发态 ,处在激发态的 Rb原子随后吸收另一个 UV光子而被光电离 ,此 UV光子来源于经平面镜反射回到室中的 UV光 ,如图 2所示 .在数字存储示波器上可以直接观察到 Rb+的质谱信号随扫描波长的变化 .当调到波长 421. 5 nm和 420. 1 nm附近时 ,屏上明显的出现两个大的峰信号.如图 3所示.当把由光纤导入的调谐可见光阻挡时 ,两个大峰信号马上从屏上消失 . 由此可进一步证实 ,两个大峰信号是 Rb原子在共振吸收时产生的电离信号.图 3给出了 Rb+的三维质谱图.
实验中 ,被聚焦后的 UV脉冲激光的光强约为109W /cm2,在强激光作用下 ,不可避免地存在多光子电离过程 . 处于基态的 RbI分子吸收一个 UV光子被解离后 ,生成物 Rb原子可以通过连续的吸收 2个紫外光子被电离.如图 2所示.这种非共振多光子电离信号对共振电离信号影响不大 ,它作为背景信号的一部分.
RbI分子吸收一个紫外光子被光解后 ,另一个生成的是处于基态的 I原子 ,它可以连续地吸收 3个紫外光子而被电离 ,如图 4所示.实验中观察到了 I原子经三光子电离而形成的非共振电离信号.它的幅度比Rb原子的共振电离信号的幅度小得多.当 UV 激光的能量增加时 ,不仅 Rb原子的共振电离信号明显增加 ,而且 I原子的非共振电离也变得越来越明显 .这是
因为 I+的峰值与光强 I的三次方成正比.当阻挡住可见光时 , I+信号没有什么变化 .
在背景信号中 ,还存在更复杂的成分 ,主要有:1)当增加 UV激光的峰值功率时 ,一系列的质量轻的离子信号出现 ,它的幅度也很小 ,即使把分子源阻挡 ,这些信号依然存在 .原因是有少量的扩散泵油进入室内 ,在 UV脉冲激光的作用下 ,产生一些以 C-H成分为主的轻质量离子碎片.
2)在较高温度下蒸发 RbI分子 ,而且 RbI分子的密度较大 ,不可避免地产生少量的分子不纯物 (如碘化铷分子的二聚物 ) ,虽然这些二聚物所占比例较小 ,但它们与 UV光作用后经多光子过程导致离子的产生 ,仍然构成一部分背景信号.
3) RbI分子吸收一个 UV光子被激发到分子的第一激发态 ,一种可能是被光解成基态的 Rb原子和 I原子 ,另一种可能是使处在激发态的 RbI分子 ,吸收一个紫外光子被电离 ,形成 RbI分子离子。
[1]霍炳海,高节,崔栓锦,泰利H.H,萨利姆Z.T.激光离解碘化铷分子与铷原子的共振电离研究[J].天津大学学报,2001(02):265-267.