專利名稱：一種基于量子相干控制的分子光解離光電離及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種基于量子相干控制的分子
光解離光電離及其裝置。
背景技術(shù)：
從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，分子光解動(dòng)力學(xué)成為研究分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的一個(gè)重要分支。光解動(dòng)力學(xué)不僅研究單體分子與激光的相互作用，而且是控制雙分子，甚至多分子體系化學(xué)反應(yīng)的重要手段。從上個(gè)世紀(jì)90年代中期開(kāi)始，離子速度成像技術(shù)逐漸成為研究分子光解動(dòng)力學(xué)的主要技術(shù)手段。離子速度成像技術(shù)是在傳統(tǒng)的時(shí)間飛行質(zhì)譜儀(T0F-MS)的基礎(chǔ)上，引入離子透鏡技術(shù)，將空間中不同位置但速度相同的粒子聚焦到微通道板(MCP)的同一個(gè)點(diǎn)上，再用增強(qiáng)CCD相機(jī)(ICCD)進(jìn)行成像，通過(guò)對(duì)所得圖像進(jìn)行數(shù)學(xué)解析就可以獲得不同粒子在反應(yīng)中的能量分布，角度分布以及速度分布，進(jìn)而反演出分子與飛秒激光脈沖相互作用的物理圖像。 上個(gè)世紀(jì)80年代，Brumer和Shapiro第一次提出量子相干控制的思想，直到20世紀(jì)90年代才有實(shí)驗(yàn)證明。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，超快飛秒激光被廣泛應(yīng)用，量子相干控制技術(shù)在控制化學(xué)反應(yīng)、強(qiáng)場(chǎng)激光電離、高次諧波和阿秒脈沖的產(chǎn)生等方面都起到了非常重要的作用。通過(guò)操控飛秒激光不同頻譜成分的相位和幅度，量子相干控制技術(shù)能夠?qū)Ψ肿庸饨怆x過(guò)程中不同激發(fā)態(tài)粒子數(shù)的布居，分子光致解離的產(chǎn)量，同一化合物電離和解離通道的分支比以及同 一分子的不同反應(yīng)方向的選擇進(jìn)行控制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種基于量子相干控制的分子光解離光電離及其裝置，它將量子相干控制技術(shù)與離子速度成像技術(shù)相結(jié)合，將離子速度成像所得的速度分布，角度分布，能量分布等信息作為量子相干控制的反饋信號(hào)，通過(guò)優(yōu)化激光脈沖，改變不同離子的強(qiáng)度比，以及選擇布居同一離子信號(hào)的不同激發(fā)態(tài)，大大提高了量子相干控制的控制精度和效率。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是一種基于量子相干控制的分子光解離光電
離，其特點(diǎn)是對(duì)飛秒激光脈沖與物質(zhì)相互作用得到的離子速度切片圖像進(jìn)行反演，以獲得
通道分支比、解離電離效率、角度分布、速度分布、能量分布參數(shù)，然后將這些參數(shù)通過(guò)基于
遺傳算法的閉環(huán)反饋控制程序反饋給飛秒激光脈沖整形，利用整形后的飛秒激光脈沖與分
子相互作用，改變不同產(chǎn)物之間的分支比，或選擇同一產(chǎn)物的不同激發(fā)態(tài)進(jìn)行布居，選擇激
發(fā)不同的反應(yīng)通道，以量子相干的精確控制實(shí)現(xiàn)對(duì)分子反應(yīng)通道的選擇來(lái)提高分子光解離
電離，其量子相干控制的分子光解離光電離包括以下步驟 (a)激光脈沖 中心波長(zhǎng)為800nm，脈寬50fs的同步飛秒激光進(jìn)入飛秒激光脈沖整形；
(b)分子光解離光電離
4
整形后的飛秒激光脈沖與分子束相互作用，發(fā)生光解離光電離，產(chǎn)生的多種離子在離子透鏡組的作用下飛向微通道板，在熒光板上產(chǎn)生離子速度切片圖像，由增強(qiáng)CCD相
機(jī)對(duì)其圖像進(jìn)行拍攝；[OOW] (c)切片圖像反演 對(duì)離子速度切片圖像進(jìn)行反演，得到速度分布，角度分布，能量分布等參數(shù)；
(d)、基于遺傳算法的閉環(huán)反饋控制 將參數(shù)通過(guò)基于遺傳算法的閉環(huán)反饋控制程序反饋給飛秒激光脈沖整形，利用整形后的飛秒激光脈沖與分子相互作用，改變不同產(chǎn)物之間的分支比，或選擇同一產(chǎn)物的不同激發(fā)態(tài)進(jìn)行布居，以選擇激發(fā)不同的反應(yīng)通道。 —種基于量子相干控制的分子光解離光電離裝置，其特點(diǎn)是該裝置由飛秒激光脈沖整形系統(tǒng)、分子光解離光電離系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和軟件系統(tǒng)組成，分子光解離光電離系統(tǒng)將飛秒激光脈沖與物質(zhì)相互作用得到的離子進(jìn)行切片成像，運(yùn)行軟件系統(tǒng)中的圖像處理程序?qū)﹄x子速度切片圖像進(jìn)行處理，獲得速度分布、角度分布、能量分布參數(shù)，然后將這些參數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集和軟件系統(tǒng)處理反饋給飛秒激光脈沖整形系統(tǒng)，以優(yōu)化激光脈沖改變不同離子的強(qiáng)度比和不同的產(chǎn)物分支比，或選擇布居同一產(chǎn)物中不同的激發(fā)態(tài)，以選擇激發(fā)同一產(chǎn)物中不同的反應(yīng)通道，實(shí)現(xiàn)分子光解離電離中量子相干的精確控制； 飛秒激光脈沖整形系統(tǒng)由同步飛秒激光、第一閃耀光柵、第一凹面鏡、空間光調(diào)制器、第二凹面鏡和第二閃耀光柵組成，空間光調(diào)制器設(shè)置在第一凹面鏡與第二凹面鏡之間，第一閃耀光柵與第一凹面鏡兩兩對(duì)應(yīng)設(shè)置，第二凹面鏡與第二閃耀光柵兩兩對(duì)應(yīng)設(shè)置，使飛秒激光的光路在同一水平面上； 分子光解離光電離系統(tǒng)由惰性氣體源、樣品池、真空腔體、前級(jí)干泵、分子泵、二維
調(diào)節(jié)盤組成，真空腔體為上、下兩圓柱腔體呈倒置的"T"形設(shè)置，且兩圓柱腔體軸線垂直，上
圓柱腔體內(nèi)設(shè)有連接脈沖電源的脈沖閥，脈沖閥的下方設(shè)有漏勺，下圓柱腔體內(nèi)設(shè)有連接
第一高壓直流電源的第一極板、第二極板、第三極板、第四極板以及接地的漂移極極板組，
下圓柱腔體的側(cè)端設(shè)有連接第二高壓直流電源的微通道板、連接第三高壓直流電源的熒光
板，熒光板外側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置增強(qiáng)CCD相機(jī)、光電倍增管，上圓柱腔體頂部設(shè)有二維調(diào)節(jié)盤，其
一側(cè)設(shè)有前級(jí)干泵、分子泵，下圓柱腔體上設(shè)有另一前級(jí)干泵、分子泵，樣品池由第二載氣
管經(jīng)二維調(diào)節(jié)盤與脈沖閥連接，樣品池由第一載氣管與惰性氣體源連接； 數(shù)據(jù)采集和軟件系統(tǒng)由增強(qiáng)CCD相機(jī)、光電倍增管、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡組成，計(jì)
算機(jī)分別與空間光調(diào)制器、增強(qiáng)CCD相機(jī)連接，數(shù)據(jù)采集卡與光電倍增管連接。 所述空間光調(diào)制器由兩塊液晶板組合而成，設(shè)置在第一凹面鏡的焦平面上，對(duì)各
頻率成分的激光脈沖進(jìn)行相位和幅度或純相位的調(diào)制。 所述漏勺與脈沖閥同軸設(shè)置，且位于第一極板與第二極板之間的中心位置。 所述二維調(diào)節(jié)盤為相互垂直的兩調(diào)節(jié)螺旋桿，微調(diào)脈沖閥的位置，使脈沖分子束
與調(diào)制后的同步激光在第一極板與第二極板之間的中心位置相互作用。 所述漂移極極板組由依次連接的數(shù)塊中心設(shè)有圓孔的不銹鋼圓板組成，沿下圓柱
腔體軸線設(shè)置。 所述第一極板、第二極板、第三極板、第四極板和漂移極極板組構(gòu)成的離子透鏡組與微通道板、熒光板同軸設(shè)置。
所述數(shù)據(jù)采集卡為雙通道采樣，最高采樣率2GS/s，8位垂直分辨率，Memory256MB。
所述計(jì)算機(jī)設(shè)有包括基于遺傳算法的閉環(huán)反饋控制程序、開(kāi)環(huán)主動(dòng)控制程序和圖 像處理程序的軟件集成。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有大大提高了量子相干控制的精度和效率，它將傳統(tǒng)的 熒光強(qiáng)度、電離信號(hào)和強(qiáng)度的單變量衍變?yōu)橥ǖ婪种П取⒔怆x電離效率、角度分布、速度分 布、能量分布的多變量反饋控制，對(duì)分子與激光脈沖相互作用過(guò)程中的速度分布、角度分布 以及能量分布的精確記錄，以實(shí)現(xiàn)對(duì)分子反應(yīng)過(guò)程的精密操控，選擇不同產(chǎn)物的分支比或 同一產(chǎn)物中不同的反應(yīng)通道。
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為本發(fā)明操作流程圖
具體實(shí)施例方式
參閱附圖1，本發(fā)明由飛秒激光脈沖整形系統(tǒng)34、分子光解離光電離系統(tǒng)35、數(shù)據(jù) 采集和軟件系統(tǒng)33組成，分子光解離光電離系統(tǒng)35將飛秒激光脈沖與物質(zhì)相互作用得到 的離子進(jìn)行切片成像，運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和軟件系統(tǒng)33中的圖像處理程序?qū)﹄x子速度切片圖 像進(jìn)行反演，獲得速度分布、角度分布、能量分布參數(shù)，然后由這些參數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集和軟 件系統(tǒng)33處理反饋給飛秒激光脈沖整形系統(tǒng)34，以優(yōu)化激光脈沖，改變不同離子的強(qiáng)度比 和不同產(chǎn)物之間的分支比，或選擇同一離子信號(hào)的不同激發(fā)態(tài)進(jìn)行布居，以選擇激發(fā)不同 的反應(yīng)通道，實(shí)現(xiàn)分子光解離電離中量子相干的精確控制。 上述飛秒激光脈沖整形系統(tǒng)34由同步飛秒激光1、第一閃耀光柵2、第一凹面鏡3、 空間光調(diào)制器4、第二凹面鏡5和第二閃耀光柵6組成，空間光調(diào)制器4設(shè)置在第一凹面鏡 3與第二凹面鏡5之間，第一閃耀光柵2與第一凹面鏡3兩兩對(duì)應(yīng)設(shè)置，第二凹面鏡5與第 二閃耀光柵6兩兩對(duì)應(yīng)設(shè)置，使飛秒激光的光路在同一水平面上。 上述分子光解離光電離系統(tǒng)35由惰性氣體源7、樣品池10、真空腔體12、前級(jí)干 泵13、分子泵14、二維調(diào)節(jié)盤30組成，真空腔體12為上、下兩圓柱腔體37、38呈倒置的"T" 形設(shè)置，且兩圓柱腔體軸線垂直；上圓柱腔體37內(nèi)設(shè)有連接脈沖電源24的脈沖閥15，脈 沖閥15的下方設(shè)有漏勺16 ;下圓柱腔體38內(nèi)設(shè)有連接第一高壓直流電源25的第一極板 17、第二極板18、第三極板19、第四極板20以及接地的漂移極極板組21，由第一極板17、第 二極板18、第三極板19、第四極板20和漂移極極板組21構(gòu)成離子透鏡組，下圓柱腔體38 的側(cè)端設(shè)有連接第二高壓直流電源26的微通道板22、連接第三高壓直流電源27的熒光板 23 ;微通道板22與熒光板23為前、后排列設(shè)置，在熒光板23外側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)有增強(qiáng)CCD相機(jī) (ICCD) 28、光電倍增管(PMT) 29。上圓柱腔體37頂部設(shè)有二維調(diào)節(jié)盤30，其一側(cè)設(shè)有前級(jí) 干泵13、分子泵14 ;下圓柱腔體38設(shè)有另一前級(jí)干泵13、分子泵14 ;樣品池10由第二載氣 管11經(jīng)二維調(diào)節(jié)盤30與脈沖閥15連接，樣品池10由第一載氣管9與惰性氣體源7連接， 第一載氣管9與樣品池10為液面下連接，第二載氣管11與樣品池10為液面上連接。
上述數(shù)據(jù)采集和軟件系統(tǒng)33由增強(qiáng)CCD相機(jī)(ICCD) 28、光電倍增管(PMT) 29、計(jì) 算機(jī)31、數(shù)據(jù)采集卡32組成，計(jì)算機(jī)31分別與空間光調(diào)制器4、增強(qiáng)CCD相機(jī)(ICCD) 28連接，數(shù)據(jù)采集卡32與光電倍增管(PMT)29連接，計(jì)算機(jī)31設(shè)有包括基于遺傳算法的閉環(huán) 反饋控制程序、開(kāi)環(huán)主動(dòng)控制程序和圖像處理程序的軟件集成，數(shù)據(jù)采集卡32為雙通道采 樣，最高采樣率2GS/s， 8位垂直分辨率，Memory 256MB。 上述空間光調(diào)制器4由兩塊液晶板前、后排列組合而成，空間光調(diào)制器4設(shè)置在第 一凹面鏡3的焦平面上，每塊液晶板由128個(gè)液晶元組成，并通過(guò)計(jì)算機(jī)31給各液晶元獨(dú) 立地施加電壓，不同頻率的光透射經(jīng)過(guò)不同的液晶元，其傳播速率發(fā)生不同的變化，從而影 響入射激光脈沖的相位和幅度。 上述漏勺16與脈沖閥15同軸設(shè)置，且位于第一極板17與第二極板18之間的中 心位置。 上述二維調(diào)節(jié)盤30為相互垂直的兩調(diào)節(jié)螺旋桿，可微調(diào)脈沖閥15的位置，使脈沖 分子束與調(diào)制后的同步激光在第一極板17與第二極板18之間的中心位置相互作用。
上述漂移極極板組21由依次連接的數(shù)塊中心設(shè)有圓孔的不銹鋼圓板組成，沿上 圓柱腔體37的軸線設(shè)置。 上述由第一極板17、第二極板18、第三極板19、第四極板20和漂移極極板組21構(gòu) 成的離子透鏡組與微通道板22、熒光板23同軸設(shè)置。
參閱附圖1、附圖2，本發(fā)明是這樣工作的
( — )、激光脈沖 中心波長(zhǎng)為800nm，脈寬50fs的同步飛秒激光1進(jìn)入飛秒激光脈沖整形系統(tǒng)34， 第一閃耀光柵2將激光脈沖的各頻率成分在空間上色散開(kāi)，第一凹面鏡3將色散開(kāi)的激光 脈沖聚焦到其焦平面，將光柵的角色散轉(zhuǎn)換成凹面鏡焦平面上的空間分離，入射激光脈沖 由時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，完成Fourier變換?？臻g光調(diào)制器4放置在第一凹面鏡3的焦平面上， 由計(jì)算機(jī)31通過(guò)自編的基于遺傳算法的閉環(huán)反饋控制程序，將電壓文件輸出加載到空間 光調(diào)制器4的各液晶元上，對(duì)各頻率成分的激光脈沖進(jìn)行相位調(diào)制和幅度調(diào)制。第二凹面 鏡5把調(diào)制過(guò)的激光脈沖再次聚焦，進(jìn)行逆Fourier變換，使激光脈沖由頻域轉(zhuǎn)換到時(shí)域， 第二閃耀光柵6再將各頻率成分激光在空間上合并，得到整形后的激光脈沖。
(二)、光解離光電離 整形后的激光脈沖進(jìn)入分子光解離光電離系統(tǒng)35，兩前級(jí)干泵13和兩分子泵14 的運(yùn)行保證真空腔體12的真空度在10—6mbar以上，惰性氣體源7的氣體經(jīng)過(guò)減壓閥8的減 壓后由第一載氣管9進(jìn)入樣品池10，樣品池10內(nèi)為待測(cè)液體樣品，當(dāng)位于液面以下的第一 載氣管9放出氣體時(shí)，將部分汽化的待測(cè)樣品攜帶出來(lái)并由第二載氣管11送至脈沖閥15， 經(jīng)過(guò)二維調(diào)節(jié)盤30的校準(zhǔn)后，脈沖閥15噴出的超聲分子束經(jīng)漏勺16準(zhǔn)直后將飛到第一極 板17和第二極板18的中間位置，整形后的同步激光與脈沖閥15噴出的超聲分子束相互 作用，發(fā)生解離、電離，在解離、電離過(guò)程中產(chǎn)生的多種離子在離子透鏡組的作用下飛向微 通道板22，并在熒光板23上產(chǎn)生圖像，增強(qiáng)CCD相機(jī)(ICCD) 28將熒光板23上的圖像拍下 來(lái)，同時(shí)離子團(tuán)中不同空間位置但速度相同的離子入射到微通道板22上的同一位置，調(diào)節(jié) 增強(qiáng)CCD相機(jī)(ICCD)28的掃描區(qū)間和掃描門寬，將熒光板23上的圖像積分后通過(guò)采集卡 32逐個(gè)采集不同離子信號(hào)的切片圖像信息。
(三)、切片圖像反演 利用自編的圖像處理程序?qū)υ鰪?qiáng)CCD相機(jī)(ICCD)28對(duì)拍攝到的離子切片圖像進(jìn)
7行反演，得到速度分布，角度分布，能量分布等信息，如增強(qiáng)CCD相機(jī)(ICCD) 28拍攝到的離 子X(jué)的圖像有3個(gè)環(huán)，那么離子X(jué)就有三個(gè)不同的解離通道，也可以說(shuō)離子X(jué)有3個(gè)不同的 激發(fā)態(tài)，反演出來(lái)的速度分布如附圖2中所示，該速度分布含有a、b、c三個(gè)峰，這a、b、c三 個(gè)峰分別代表這一離子不同的解離通道及不同的激發(fā)態(tài)。
(四)、基于遺傳算法的閉環(huán)反饋控制程序 運(yùn)行基于遺傳算法的閉環(huán)反饋控制程序，目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為附圖2所示的速度分布圖中 C峰與b峰的強(qiáng)度之比(C/b)，也可以說(shuō)是以離子X(jué)的c激發(fā)態(tài)粒子布居數(shù)與b激發(fā)態(tài)粒子 布居數(shù)之比為目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)激光脈沖進(jìn)行整形 (i)隨機(jī)選取一組初始值，由計(jì)算機(jī)31輸出加載到空間光調(diào)制器4的液晶陣列上， 從而對(duì)激光脈沖的各個(gè)頻譜成分進(jìn)行相位和幅度調(diào)制。 (ii)根據(jù)目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，判別各個(gè)初始值的優(yōu)劣，選取一定數(shù)量初始值保留下來(lái)作為 操作對(duì)象。 (iii)對(duì)保留的初始值進(jìn)行一系列操作(交叉或稱為雜交、變異或稱為突變)得到 下一代值，由計(jì)算機(jī)31輸出再次加載到空間光調(diào)制器4各液晶元的陣列上，對(duì)激光脈沖的 各個(gè)頻譜成分進(jìn)行相位和幅度調(diào)制。
(iv)再次根據(jù)目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，判別新一代的值的優(yōu)劣。 (v)若當(dāng)前一代值滿足要求或進(jìn)化過(guò)程達(dá)到一定的代數(shù)，計(jì)算結(jié)束，否則再按第 (iii)步驟繼續(xù)進(jìn)行。 (vi)當(dāng)最終達(dá)到目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的要求時(shí)，附圖2所示的速度分布圖中c峰的強(qiáng)度得到 增強(qiáng)，而b峰的強(qiáng)度被削減，也可以說(shuō)是，c激發(fā)態(tài)粒子布居數(shù)得到優(yōu)化，b激發(fā)態(tài)粒子布居 數(shù)減少，還可以說(shuō)是，離子X(jué)的解離或電離過(guò)程將選擇反應(yīng)通道c，而不選擇反應(yīng)通道b。
本發(fā)明的工作流程為中心波長(zhǎng)為800nm，脈寬50fs的同步飛秒激光1進(jìn)入飛秒 激光脈沖整形系統(tǒng)34后，由第一閃耀光柵2將激光脈沖的各頻率成分在空間上色散開(kāi)；第 一凹面鏡3將色散開(kāi)的激光脈沖聚焦到其焦平面，將光柵的角色散轉(zhuǎn)換成凹面鏡焦平面上 的空間分離，入射激光脈沖由時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，完成Fourier變換；空間光調(diào)制器4放置在 第一凹面鏡的焦平面上，由計(jì)算機(jī)31將電壓文件輸出加載到空間光調(diào)制器4的液晶板上， 對(duì)各頻率成分的激光脈沖進(jìn)行相位和幅度調(diào)制；第二凹面鏡5把調(diào)制過(guò)的激光脈沖再次聚 焦，進(jìn)行逆Fourier變換，使激光脈沖由頻域轉(zhuǎn)換到時(shí)域；第二閃耀光柵6再將各頻率成分 激光在空間上合并，得到整形后的激光脈沖。經(jīng)過(guò)飛秒激光的作用后，分子束中的分子將 發(fā)生庫(kù)侖爆炸或者解離電離為離子，對(duì)于不同極性的離子或者電子，第一極板17、第二極板 18、第三極板19和第四極板20將分別加載不同的正高壓或者負(fù)高壓，保證離子團(tuán)中不同空 間位置但速度相同的離子入射到微通道板22的同一位置。由于飛行腔的長(zhǎng)度在lm左右， 離子團(tuán)將被拉伸到幾百個(gè)納秒的范圍，此時(shí)可以進(jìn)行兩方面實(shí)驗(yàn) 第一種，不同荷質(zhì)比的離子碎片按照時(shí)間順序先后擊打到通道板22上，光電倍增 管29將熒光板23上的質(zhì)譜信息后逐個(gè)采集并傳送到數(shù)據(jù)采集卡32中，通過(guò)其附帶的采集 程序獲得不同離子的質(zhì)譜信息，然后運(yùn)行基于遺傳算法的閉環(huán)反饋控制程序，選擇兩個(gè)不 同離子碎片(a，b)，將它們的強(qiáng)度之比(a/b)設(shè)為目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，使某一離子數(shù)量增多或減少甚 至消失。也可以運(yùn)行開(kāi)環(huán)控制程序，預(yù)先設(shè)定好某一種函數(shù)(比如正弦、方波、啁啾等)， 在一定范圍內(nèi)改變函數(shù)中某一參數(shù)，生成一系列電壓文件，將提前生產(chǎn)的電壓文件由計(jì)算機(jī)31逐個(gè)輸出，加載到空間光調(diào)制器4的液晶陣列上，對(duì)激光脈沖的各個(gè)頻譜成分進(jìn)行相 位和幅度調(diào)制，得到各個(gè)離子的荷質(zhì)比隨激光光場(chǎng)的變化趨勢(shì)。 第二種，不同空間位置但速度相同的離子碎片在由第一極板17、第二極板18、第 三極板19、第四極板20和漂移極極板組21構(gòu)成的離子透鏡組作用下?lián)舸虻轿⑼ǖ腊?2上 的同一位置上，調(diào)節(jié)增強(qiáng)CCD相機(jī)(ICCD)28的掃描區(qū)間和掃描門寬，將熒光板23上的圖像 積分后逐個(gè)采集。這樣就獲得了不同離子信號(hào)的切片圖像信息，通過(guò)圖像處理程序?qū)@些 圖像的分析，就可以獲得各個(gè)離子的速度分布，角度分布以及能量分布等參數(shù)。運(yùn)行基于遺 傳算法的閉環(huán)反饋控制程序，以某一離子的兩個(gè)不同激發(fā)態(tài)的粒子布居數(shù)的之比為目標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)，對(duì)離子的不同激發(fā)態(tài)進(jìn)行選擇布居，以對(duì)離子的不同解離通道進(jìn)行選擇激發(fā)，使物質(zhì)經(jīng) 由我們特定的解離通道發(fā)生解離或電離。也可以運(yùn)行開(kāi)環(huán)控制程序，預(yù)先設(shè)定好某一種函 數(shù)(比如正弦、方波、啁啾等)，在一定范圍內(nèi)改變函數(shù)中某一參數(shù)，生成一系列電壓文件； 將提前生產(chǎn)的電壓文件由計(jì)算機(jī)31逐個(gè)輸出，加載到空間光調(diào)制器4的液晶陣列上，對(duì)激 光脈沖的各個(gè)頻譜成分進(jìn)行相位和幅度調(diào)制，得到某一離子的不同解離通道隨激光光場(chǎng)的 變化趨勢(shì)。 以上只是對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，并非用以限制本專利，凡為本發(fā)明等效實(shí)施，均 應(yīng)包含于本專利的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種基于量子相干控制的分子光解離光電離，其特征在于對(duì)飛秒激光脈沖與物質(zhì)相互作用得到的離子速度切片圖像進(jìn)行反演，獲得通道分支比、解離電離效率、角度分布、速度分布、能量分布參數(shù)，將這些參數(shù)通過(guò)基于遺傳算法的閉環(huán)反饋控制程序反饋給飛秒激光脈沖整形，利用整形后的飛秒激光脈沖與分子相互作用，改變不同產(chǎn)物之間的分支比，或選擇同一產(chǎn)物的不同激發(fā)態(tài)進(jìn)行布居，選擇激發(fā)不同的反應(yīng)通道，通過(guò)量子相干精確控制對(duì)分子反應(yīng)通道的選擇，實(shí)現(xiàn)分子選擇光解離電離，其量子相干控制的分子光解離光電離包括以下步驟(a)激光脈沖中心波長(zhǎng)為800nm，脈寬50fs的同步飛秒激光進(jìn)入飛秒激光脈沖整形；(b)分子光解離光電離整形后的飛秒激光脈沖與分子束相互作用，發(fā)生光解離光電離，產(chǎn)生的多種離子在離子透鏡的作用下飛向微通道板，在熒光板上產(chǎn)生離子速度切片圖像，由增強(qiáng)CCD相機(jī)對(duì)其圖像進(jìn)行拍攝；(c)切片圖像反演對(duì)離子速度切片圖像進(jìn)行反演，得到速度分布，角度分布，能量分布參數(shù)；(d)、基于遺傳算法的閉環(huán)反饋控制將上述參數(shù)通過(guò)基于遺傳算法的閉環(huán)反饋控制程序反饋給飛秒激光脈沖整形，利用整形后的飛秒激光脈沖與分子相互作用，改變不同產(chǎn)物之間的分支比，或選擇同一產(chǎn)物的不同激發(fā)態(tài)進(jìn)行布居，以選擇激發(fā)不同的反應(yīng)通道。
2. —種權(quán)利要求1所述基于量子相干控制的分子光解離光電離裝置，其特征在于該裝置由飛秒激光脈沖整形系統(tǒng)、分子光解離光電離系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和軟件系統(tǒng)組成，分子光解離光電離系統(tǒng)將飛秒激光脈沖與物質(zhì)相互作用得到的離子進(jìn)行切片成像，運(yùn)行軟件系統(tǒng)中的圖像處理程序?qū)﹄x子速度切片圖像進(jìn)行處理，獲得速度分布、角度分布、能量分布參數(shù)，然后將這些參數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集和軟件系統(tǒng)處理反饋給飛秒激光脈沖整形系統(tǒng)，以優(yōu)化激光脈沖改變不同離子的強(qiáng)度比和不同的產(chǎn)物分支比，或選擇布居同一產(chǎn)物中不同的激發(fā)態(tài)，以選擇激發(fā)同一產(chǎn)物中不同的反應(yīng)通道，實(shí)現(xiàn)分子光解離電離中量子相干的精確控制；飛秒激光脈沖整形系統(tǒng)由同步飛秒激光、第一閃耀光柵、第一凹面鏡、空間光調(diào)制器、第二凹面鏡和第二閃耀光柵組成，空間光調(diào)制器設(shè)置在第一凹面鏡與第二凹面鏡之間，第一閃耀光柵與第一凹面鏡兩兩對(duì)應(yīng)設(shè)置，第二凹面鏡與第二閃耀光柵兩兩對(duì)應(yīng)設(shè)置，使飛秒激光的光路在同一水平面上；分子光解離光電離系統(tǒng)由惰性氣體源、樣品池、真空腔體、前級(jí)干泵、分子泵、二維調(diào)節(jié)盤組成，真空腔體為上、下兩圓柱腔體呈倒置的"T"形設(shè)置，且兩圓柱腔體軸線垂直，上圓柱腔體內(nèi)設(shè)有連接脈沖電源的脈沖閥，脈沖閥的下方設(shè)有漏勺，下圓柱腔體內(nèi)設(shè)有連接第一高壓直流電源的第一極板、第二極板、第三極板、第四極板以及接地的漂移極極板組，下圓柱腔體的側(cè)端設(shè)有連接第二高壓直流電源的微通道板、連接第三高壓直流電源的熒光板，熒光板外側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置增強(qiáng)CCD相機(jī)(ICCD)、光電倍增管，上圓柱腔體頂部設(shè)有二維調(diào)節(jié)盤，其一側(cè)設(shè)有前級(jí)干泵、分子泵，下圓柱腔體上設(shè)有另一前級(jí)干泵、分子泵，樣品池由第二載氣管經(jīng)二維調(diào)節(jié)盤與脈沖閥連接，樣品池由第一載氣管與惰性氣體源連接；數(shù)據(jù)采集和軟件系統(tǒng)由增強(qiáng)CCD相機(jī)、光電倍增管、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡組成，計(jì)算機(jī)分別與空間光調(diào)制器、增強(qiáng)CCD相機(jī)連接，數(shù)據(jù)采集卡與光電倍增管連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述基于量子相干控制的分子光解離光電離裝置，其特征在于所述空間光調(diào)制器由兩塊液晶板組合而成，設(shè)置在第一凹面鏡的焦平面上，對(duì)各頻率成分的激光脈沖進(jìn)行相位和幅度調(diào)制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述基于量子相干控制的分子光解離光電離裝置，其特征在于所述漏勺與脈沖閥同軸設(shè)置，且位于第一極板與第二極板之間的中心位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述基于量子相干控制的分子光解離光電離裝置，其特征在于所述二維調(diào)節(jié)盤為相互垂直的兩調(diào)節(jié)螺旋桿，微調(diào)脈沖閥的位置，使脈沖分子束與調(diào)制后的同步激光在第一極板與第二極板之間的中心位置相互作用。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述基于量子相干控制的分子光解離光電離裝置，其特征在于所述漂移極極板組由依次連接的數(shù)塊中心設(shè)有圓孔的不銹鋼圓板組成，沿下圓柱腔體軸線設(shè)置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述基于量子相干控制的分子光解離光電離裝置，其特征在于所述第一極板、第二極板、第三極板、第四極板和漂移極極板組構(gòu)成的離子透鏡組與微通道板、熒光板同軸設(shè)置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述基于量子相干控制的分子光解離光電離裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集卡為雙通道采樣，最高采樣率2GS/s， 8位垂直分辨率，Memory 256MB。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述基于量子相干控制的分子光解離光電離裝置，其特征在于所述計(jì)算機(jī)設(shè)有包括基于遺傳算法的閉環(huán)反饋控制程序、開(kāi)環(huán)主動(dòng)控制程序和圖像處理程序的軟件集成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于量子相干控制的分子光解離光電離及其裝置，其特點(diǎn)是以離子速度成像對(duì)正負(fù)離子以及電子的質(zhì)譜及三維空間分布信息進(jìn)行采集，作為量子相干控制系統(tǒng)的反饋控制信號(hào)，該裝置包括同步激光、閃耀光柵、空間光調(diào)制器、真空腔體、離子透鏡組、微通道板、計(jì)算機(jī)。本發(fā)明將量子相干控制技術(shù)與離子速度成像技術(shù)相結(jié)合，將離子速度成像系統(tǒng)所得的速度分布，角度分布，能量分布等信息作為量子相干控制系統(tǒng)的反饋控制信號(hào)，通過(guò)優(yōu)化激光脈沖，可以改變不同離子的強(qiáng)度比，以及同一離子信號(hào)不同反應(yīng)通道的分支比，大大提高了量子相干控制的精度和效率。
文檔編號(hào)H01J49/16GK101752175SQ200910201010
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者孫盛芝, 孫真榮, 張暉, 張?jiān)姲? 楊巖, 樊露露 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)