一种分子核间距测量的装置及方法，所述分子核间距测量的装置包括飞秒激光器、分束器、延时装置、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第一全反镜、第二全反镜、第三全反镜、气瓶、导气管、喷嘴、真空腔、真空泵、X射线光谱仪、X射线摄像头、飞秒激光、取向光束、探测光束、进腔窗口、气体喷流、高次谐波和铝膜；所述延时装置与第一数据线连接，所述第一数据线与电脑连接，所述电脑与第二数据线连接，所述第二数据线与X射线摄像头连接。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于分子核间距测量设备
，尤其涉及一种分子核间距测量的装置 及方法。
技术介绍
在科学领域里，物理领域的重大发现或专利技术都会对科技进步起着重要影响，并改 变人类的生活方式。上个世纪，激光的专利技术是人类最伟大的科技成果之一，它不仅为古老光 学注入了新活力，而且为现代科技带来了革命性变化。激光技术已经渗透到物理、化学、生 物、信息、医学、材料等众多的研究领域，并发挥出不可替代的作用，还产生了诸如激光材料 加工，激光化学，激光生物学，光通信等新兴交叉学科。 此外，现在的飞秒激光技术使得激光功率密度达到甚至超过分子内的电场强度， 于是微扰理论的基本假设不再适用，而一些新的强场理论被发展起来用于解释强场中分子 的电离、解离和高次谐波等行为。过去对强场电离、解离和高次谐波等现象的研究较多关注 惰性气体等原子系统，而现在对分子的强场现象研究亦取得了长足的发展。对于分子，除了 电离、解离和高次谐波等强场现象外，还存在分子的转动取向等特有现象。因此，飞秒激光 技术可用于探测分子中电子和核的超快动力学过程，而分子高次谐波现象是最近比较热门 的研究课题，很多新的现象被不断地发现并应用于现代科技。分子高次谐波的研究，丰富着 人们对强场物理的认识并加深了人们对微观世界的了解，同时还提供了一种探索微观世界 的重要手段。本专利技术提供的分子核间距测量的装置及方法，具有精密度高、分析速度快等特 点，为02、C02、C2H2等双中心分子的维纳量级的核间距测量及相关领域开拓了崭新的应用 前景。
技术实现思路
本专利技术主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种分子核间距测量的 装置及方法，探测光束通过延时装置进行延时和聚焦透镜进行汇聚后作用于分子喷流上， 用于驱动分子产生高次谐波，高次谐波通过X射线光谱仪进行光谱衍射分辨并通过X射线 摄像头进行拍摄记录；这样，通过采集和分析高次谐波的极值位置，从而解析出待测分子的 核间距。 本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种分子核间距测 量的装置及方法，所述分子核间距测量的装置包括飞秒激光器、分束器、延时装置、第一聚 焦透镜、第二聚焦透镜、第一全反镜、第二全反镜、第三全反镜、气瓶、导气管、喷嘴、真空腔、 真空栗、X射线光谱仪、X射线摄像头、飞秒激光、取向光束、探测光束、进腔窗口、气体喷流、 高次谐波和铝膜；所述延时装置与第一数据线连接，所述第一数据线与电脑连接，所述电脑 与第二数据线连接，所述第二数据线与X射线摄像头连接。所述气瓶内设置待测样品分子， 所述待测样品分子经由导气管再通过喷嘴形成气体喷流，所述飞秒激光器能发射的飞秒激 光，所述飞秒激光通过分束器分成取向光束和探测光束，所述取向光束通过第一聚焦透镜 汇聚于样品气体喷流上，用于待测分子喷流的预先取向定位；所述探测光束通过延时装置 进行延时和第二聚焦透镜进行汇聚后作用于分子喷流上，用于驱动分子产生高次谐波；所 述铝膜用于阻挡残余的取向光束和探测光束，只透过高次谐波进入X射线光谱仪，所述高 次谐波通过X射线光谱仪进行光谱衍射分辨并通过X射线摄像头进行拍摄记录。 所述分子核间距测量的方法如下： 聚焦后的飞秒激光与取向后的待测分子相互作用产生电子波包，而分子内的相邻 两个核子发射的电子波包将会发生双中心干涉并回转碰撞产生高次谐波辐射；这种高次谐 波辐射的极小值位置与分子核间距相关联，可以从中推导出这种维纳量级的分子核间距。 具体推导过程如下，双中心干涉的干涉因子可定义为，在某个取向-探测 光束延时t。时刻，取向后的高次谐波强度S与随机分布的高次谐波强度S。的比值，可表达 为： ⑴ 其中Θ是探测光束偏振方向与分子轴的夹角，爲(τ,綠是延时为t。时分子群的 角分布函数，Θ是探测激光与取向激光之间的偏振夹角，η是高次谐波的阶次，R是分子内 的相邻两个核原子之间的核间距；λ Β (η)是η次高次谐波对应的电子德布罗意波，可表示 为」，（me是电子的质量，E k是电子的动能E k nhv。Ip)。 通过公式（1)，我们可以看到，取向后的高次谐波强度S与分子内的核间距R存在 关联，只要测出高次谐波干涉极小值，就可以通过计算拟合出核间距R。 本专利技术具有的有益效果：探测光束通过延时装置进行延时和聚焦透镜进行汇聚后 作用于分子喷流上，用于驱动分子产生高次谐波，高次谐波通过X射线光谱仪进行光谱衍 射分辨并通过X射线摄像头进行拍摄记录；这样，通过采集和分析高次谐波的极值位置，从 而解析出待测分子的核间距。【附图说明】 图1为本专利技术的装置示意图。 图2为具体实施事例的装置示意图。 图3为具体实施事例中计算得到的分子取向含时演化图和实验采集到的高次谐 波随取向变化的含时演化图。 图4为具体实施事例的实验测量结果和数值拟合曲线图。 图中：1、飞秒激光器；2、分束器；3、延时装置；4、第一聚焦透镜；5、第二聚焦透镜； 6、第一全反镜；7、第二全反镜；8、第三全反镜；9、气瓶；10、导气管；11、喷嘴；12、真空腔； 13、真空栗；14、X射线光谱仪；15、X射线摄像头；16、飞秒激光；17、取向光束；18、探测光 束；19、进腔窗口；20、气体喷流；21、高次谐波；22、铝膜；23、电脑；24、第一数据线；25、第 二数据线；26、待测样品分子。【具体实施方式】 下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。 实施例：，如图1~图2所示，所述飞秒激光器 输出的飞秒激光的中心波长为790nm、重复频率为1kHz、激光脉宽为45fs、输出单脉冲能量 为2mJ ;所述分束器是分束能量比为1:3,取向光束17的能量为0. 5mJ ;所述探测光束的能 量为I. 5mJ ;所述延时装置由互成直角的两个790nm全反镜置于直线平移台组成；所述第一 聚焦透镜的焦距为800mm，所述第二聚焦透镜的焦距为400mm ;所述第一全反镜、第二全反 镜和第三全反镜是790nm介质膜全反镜；所述待测样品分子为二氧化碳分子；所述导气管 为内径为6mm的导气铜管；所述喷嘴是开孔为0· 2mm的气体喷嘴；所述真空腔是高真空腔 体；所述真空栗可维持真空腔的真空度在I X 10 3Pa以下；所述X射线光谱仪是自制的X射 线光谱仪，主要由狭缝和平场X射线光栅组成；所述进腔窗口是厚度为3_的石英玻璃。 利用上述装置，我们就可以采集到二氧化碳分子的高次谐波光谱，如图3中的实 线所示，就是我们提取其中的23次高次谐波强度随时间延迟的结果。图3中的虚线是分子 取向的含时演化图，我们可以发现，延时为21. 1皮秒时，分子取向达到最大值，而高次谐波 强度却达到最小值，说明这个高次谐波阶次是干涉相消位置。然后，我们提取19~37次高 次谐波在21. 1皮秒时的谐波强度，并与无取向时的谐波强度进行对比归一化，实验测量值 如图4中的实线所示，其中虚线是根据上述测量方法的公式（1)进行数值拟合，我们分别尝 试了 R = 〇· 28nm，0· 25nm和0· 23nm进行数值模拟。可以发现，当R = 0· 23nm时，实验结果 和模拟曲线达到了较高的拟合度，这说明，二氧化碳分子中的氧原子核间距为〇.23nm。如此 这般，通过分子高次谐波的双中心干涉现象就可以测量得到本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分子核间距测量的装置及方法，其特征在于所述分子核间距测量的装置包括飞秒激光器、分束器、延时装置、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第一全反镜、第二全反镜、第三全反镜、气瓶、导气管、喷嘴、真空腔、真空泵、X射线光谱仪、X射线摄像头、飞秒激光、取向光束、探测光束、进腔窗口、气体喷流、高次谐波和铝膜；所述延时装置与第一数据线连接，所述第一数据线与电脑连接，所述电脑与第二数据线连接，所述第二数据线与X射线摄像头连接；所述气瓶内设置待测样品分子，所述待测样品分子经由导气管再通过喷嘴形成气体喷流，所述飞秒激光器能发射的飞秒激光，所述飞秒激光通过分束器分成取向光束和探测光束。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何林李，潘罗娜，李士本，王艳伟，尉鹏飞，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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