一种基于量子相干控制的分子光解离光电离及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于量子相干控制的分子光解离光电离及其装置，其特点是以离子速度成像对正负离子以及电子的质谱及三维空间分布信息进行采集，作为量子相干控制系统的反馈控制信号，该装置包括：同步激光、闪耀光栅、空间光调制器、真空腔体、离子透镜组、微通道板、计算机。本发明专利技术将量子相干控制技术与离子速度成像技术相结合，将离子速度成像系统所得的速度分布，角度分布，能量分布等信息作为量子相干控制系统的反馈控制信号，通过优化激光脉冲，可以改变不同离子的强度比，以及同一离子信号不同反应通道的分支比，大大提高了量子相干控制的精度和效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分子反应动力学
，具体地说是一种基于量子相干控制的分子光解离光电离及其装置。
技术介绍
从20世纪70年代开始，分子光解动力学成为研究分子反应动力学的一个重要分支。光解动力学不仅研究单体分子与激光的相互作用，而且是控制双分子，甚至多分子体系化学反应的重要手段。从上个世纪90年代中期开始，离子速度成像技术逐渐成为研究分子光解动力学的主要技术手段。离子速度成像技术是在传统的时间飞行质谱仪(T0F-MS)的基础上，引入离子透镜技术，将空间中不同位置但速度相同的粒子聚焦到微通道板(MCP)的同一个点上，再用增强CCD相机(ICCD)进行成像，通过对所得图像进行数学解析就可以获得不同粒子在反应中的能量分布，角度分布以及速度分布，进而反演出分子与飞秒激光脉冲相互作用的物理图像。 上个世纪80年代，Brumer和Shapiro第一次提出量子相干控制的思想，直到20世纪90年代才有实验证明。进入21世纪以来，超快飞秒激光被广泛应用，量子相干控制技术在控制化学反应、强场激光电离、高次谐波和阿秒脉冲的产生等方面都起到了非常重要的作用。通过操控飞秒激光不同频谱成分的相位和幅度，量子相干控制技术能够对分子光解离过程中不同激发态粒子数的布居，分子光致解离的产量，同一化合物电离和解离通道的分支比以及同 一分子的不同反应方向的选择进行控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于量子相干控制的分子光解离光电离及其装置，它将量子相干控制技术与离子速度成像技术相结合，将离子速度成像所得的速度分布，角度分布，能量分布等信息作为量子相干控制的反馈信号，通过优化激光脉冲，改变不同离子的强度比，以及选择布居同一离子信号的不同激发态，大大提高了量子相干控制的控制精度和效率。实现本专利技术目的的具体技术方案是一种基于量子相干控制的分子光解离光电离，其特点是对飞秒激光脉冲与物质相互作用得到的离子速度切片图像进行反演，以获得通道分支比、解离电离效率、角度分布、速度分布、能量分布参数，然后将这些参数通过基于遗传算法的闭环反馈控制程序反馈给飞秒激光脉冲整形，利用整形后的飞秒激光脉冲与分子相互作用，改变不同产物之间的分支比，或选择同一产物的不同激发态进行布居，选择激发不同的反应通道，以量子相干的精确控制实现对分子反应通道的选择来提高分子光解离电离，其量子相干控制的分子光解离光电离包括以下步骤 (a)激光脉冲 中心波长为800nm，脉宽50fs的同步飞秒激光进入飞秒激光脉冲整形； (b)分子光解离光电离4 整形后的飞秒激光脉冲与分子束相互作用，发生光解离光电离，产生的多种离子在离子透镜组的作用下飞向微通道板，在荧光板上产生离子速度切片图像，由增强CCD相机对其图像进行拍摄； (c)切片图像反演 对离子速度切片图像进行反演，得到速度分布，角度分布，能量分布等参数； (d)、基于遗传算法的闭环反馈控制 将参数通过基于遗传算法的闭环反馈控制程序反馈给飞秒激光脉冲整形，利用整形后的飞秒激光脉冲与分子相互作用，改变不同产物之间的分支比，或选择同一产物的不同激发态进行布居，以选择激发不同的反应通道。 —种基于量子相干控制的分子光解离光电离装置，其特点是该装置由飞秒激光脉冲整形系统、分子光解离光电离系统、数据采集和软件系统组成，分子光解离光电离系统将飞秒激光脉冲与物质相互作用得到的离子进行切片成像，运行软件系统中的图像处理程序对离子速度切片图像进行处理，获得速度分布、角度分布、能量分布参数，然后将这些参数通过数据采集和软件系统处理反馈给飞秒激光脉冲整形系统，以优化激光脉冲改变不同离子的强度比和不同的产物分支比，或选择布居同一产物中不同的激发态，以选择激发同一产物中不同的反应通道，实现分子光解离电离中量子相干的精确控制； 飞秒激光脉冲整形系统由同步飞秒激光、第一闪耀光栅、第一凹面镜、空间光调制器、第二凹面镜和第二闪耀光栅组成，空间光调制器设置在第一凹面镜与第二凹面镜之间，第一闪耀光栅与第一凹面镜两两对应设置，第二凹面镜与第二闪耀光栅两两对应设置，使飞秒激光的光路在同一水平面上； 分子光解离光电离系统由惰性气体源、样品池、真空腔体、前级干泵、分子泵、二维调节盘组成，真空腔体为上、下两圆柱腔体呈倒置的"T"形设置，且两圆柱腔体轴线垂直，上圆柱腔体内设有连接脉冲电源的脉冲阀，脉冲阀的下方设有漏勺，下圆柱腔体内设有连接第一高压直流电源的第一极板、第二极板、第三极板、第四极板以及接地的漂移极极板组，下圆柱腔体的侧端设有连接第二高压直流电源的微通道板、连接第三高压直流电源的荧光板，荧光板外侧对应设置增强CCD相机、光电倍增管，上圆柱腔体顶部设有二维调节盘，其一侧设有前级干泵、分子泵，下圆柱腔体上设有另一前级干泵、分子泵，样品池由第二载气管经二维调节盘与脉冲阀连接，样品池由第一载气管与惰性气体源连接； 数据采集和软件系统由增强CCD相机、光电倍增管、计算机、数据采集卡组成，计算机分别与空间光调制器、增强CCD相机连接，数据采集卡与光电倍增管连接。 所述空间光调制器由两块液晶板组合而成，设置在第一凹面镜的焦平面上，对各频率成分的激光脉冲进行相位和幅度或纯相位的调制。 所述漏勺与脉冲阀同轴设置，且位于第一极板与第二极板之间的中心位置。 所述二维调节盘为相互垂直的两调节螺旋杆，微调脉冲阀的位置，使脉冲分子束与调制后的同步激光在第一极板与第二极板之间的中心位置相互作用。 所述漂移极极板组由依次连接的数块中心设有圆孔的不锈钢圆板组成，沿下圆柱腔体轴线设置。 所述第一极板、第二极板、第三极板、第四极板和漂移极极板组构成的离子透镜组与微通道板、荧光板同轴设置。 所述数据采集卡为双通道采样，最高采样率2GS/s，8位垂直分辨率，Memory256MB。 所述计算机设有包括基于遗传算法的闭环反馈控制程序、开环主动控制程序和图 像处理程序的软件集成。 本专利技术与现有技术相比具有大大提高了量子相干控制的精度和效率，它将传统的 荧光强度、电离信号和强度的单变量衍变为通道分支比、解离电离效率、角度分布、速度分 布、能量分布的多变量反馈控制，对分子与激光脉冲相互作用过程中的速度分布、角度分布 以及能量分布的精确记录，以实现对分子反应过程的精密操控，选择不同产物的分支比或 同一产物中不同的反应通道。附图说明 图1为本专利技术结构示意图 图2为本专利技术操作流程图具体实施例方式参阅附图1，本专利技术由飞秒激光脉冲整形系统34、分子光解离光电离系统35、数据 采集和软件系统33组成，分子光解离光电离系统35将飞秒激光脉冲与物质相互作用得到 的离子进行切片成像，运行数据采集和软件系统33中的图像处理程序对离子速度切片图 像进行反演，获得速度分布、角度分布、能量分布参数，然后由这些参数通过数据采集和软 件系统33处理反馈给飞秒激光脉冲整形系统34，以优化激光脉冲，改变不同离子的强度比 和不同产物之间的分支比，或选择同一离子信号的不同激发态进行布居，以选择激发不同 的反应通道，实现分子光解离电离中量子相干的精确控制。 上述飞秒激光脉冲整形系统34由同步飞秒激光1、第一闪耀光栅2、第一凹面镜3、 空间光调制器4、第二凹面镜5和第二闪耀光栅6组成，空间光调制器4设置在第一凹面镜 3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于量子相干控制的分子光解离光电离，其特征在于对飞秒激光脉冲与物质相互作用得到的离子速度切片图像进行反演，获得通道分支比、解离电离效率、角度分布、速度分布、能量分布参数，将这些参数通过基于遗传算法的闭环反馈控制程序反馈给飞秒激光脉冲整形，利用整形后的飞秒激光脉冲与分子相互作用，改变不同产物之间的分支比，或选择同一产物的不同激发态进行布居，选择激发不同的反应通道，通过量子相干精确控制对分子反应通道的选择，实现分子选择光解离电离，其量子相干控制的分子光解离光电离包括以下步骤：（ａ）激光脉冲中心波长为８００ｎｍ，脉宽５０ｆｓ的同步飞秒激光进入飞秒激光脉冲整形；（ｂ）分子光解离光电离整形后的飞秒激光脉冲与分子束相互作用，发生光解离光电离，产生的多种离子在离子透镜的作用下飞向微通道板，在荧光板上产生离子速度切片图像，由增强ＣＣＤ相机对其图像进行拍摄；（ｃ）切片图像反演对离子速度切片图像进行反演，得到速度分布，角度分布，能量分布参数；（ｄ）、基于遗传算法的闭环反馈控制将上述参数通过基于遗传算法的闭环反馈控制程序反馈给飞秒激光脉冲整形，利用整形后的飞秒激光脉冲与分子相互作用，改变不同产物之间的分支比，或选择同一产物的不同激发态进行布居，以选择激发不同的反应通道。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张晖，杨岩，孙盛芝，樊露露，张诗按，孙真荣，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]