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激光诱导荧光技术研究若干自由基的光谱及其斯塔克和塞曼效应

作　者: 秦成兵
导　师: 陈旸
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 物理化学
关键词: 激光诱导荧光斯塔克光谱塞曼光谱脉冲直流放电激光溅射自由基
分类号: O644.1
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本论文设计和搭建了一套激光诱导荧光实验装置,并将之与超声射流冷却、气体放电等技术相结合,研究了NiCl、NiS和NiO自由基在若干激光波长范围内的激光诱导荧光激发谱和色散谱。同时作者在美国亚利桑那州州立大学联合培养期间,通过激光诱导荧光激技术研究了PtF、BaS、TiH/TiD等自由基的光谱及其斯塔克和塞曼效应。通过光谱分析,得到了以下主要研究成果：1.含镍自由基低分辨光谱研究在超声射流条件下,通过Ni针放电与CH2Cl2、H2S、O2与Ar的混合气反应制备了NiCl、NiS和NiO自由基。研究了NiCl在12500-15000cm-1范围内的光谱,转动分析了[13.0]2Π3/2(u’=0-5)-X2Π3/2(u"=0)跃迁序列,获得了激发态各振动态的转动常数,同位素位移,寿命等分子常数。研究了NiS在720-820nm范围内的光谱,将NiS的四个振动带归属为[12.4]3∑0-(v’=0-3)-X3∑0-(v"=0)跃迁序列,得到了转动常数,同位素位移和平衡常数等在内的分子参数。研究了NiO在510-650nm范围内的光谱,转动分析了55个谱带,因其不规则的振动间隔和同位素位移,仅将其中26个谱带归属为5个振动序列,同时通过色散谱研究了NiO基态的振动常数。2.PtF自由基高分辨光谱及斯塔克效应研究在超声射流分子束中通过激光溅射产生了PtF,利用激光诱导荧光研究了PtF的[11.9]Ω=3/2←X2Π3/2的光谱及其在静电场中的斯塔克效应。分析获得了激发态更为精确的转动常数,并首次获得了激发态的磁超精细常数。从对斯塔克光谱的分析中获得了基态和激发态的偶极矩,比较了PtF与其他含Pt双原子分子及IrF的偶极矩,对偶极矩的变化给出了定性解释。3.BaS斯塔克光谱研究通过斯塔克光谱测量了BaS基态X1∑+(v=0)和激发态A1∑+(u=3)的永久电偶极矩,新得到的偶极矩值比之前分子束共振技术所得值更为精确,且基态偶极矩值比之前也略大(10.86(2)D),基态偶极矩与激发态的变化与分子轨道理论推测的情况相符。4.TiH/TiD塞曼光谱研究在超声射流冷却条件下观察了TiH和TiD的B4ΓF5/2-X4Φ3/2光谱及其在0-5kG范围内的塞曼光谱,通过分析给出了他们的分子参数。结果表明,理论预测的5个低电子态对基态X4Φ3/2的微扰几乎可以忽略不计,但激发态B4Γ5/2的塞曼常数表现出强烈的转动量子数依赖性,分析指出此现象可能来自于附近4Φ3/2的微扰。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章绪论  12-30
  1.1 分子光谱学简介  12-16
    1.1.1 分子光谱学发展简史  12-13
    1.1.2 分子光谱学的分类  13-15
    1.1.3 双原子过渡金属自由基光谱研究现状  15
    1.1.4 激光光谱学的新进展与应用  15-16
  1.2 分子光谱学的基本原理  16-22
    1.2.1 电子波函数  16-18
    1.2.2 角动量与耦合  18-20
    1.2.3 分子能级计算公式  20-21
    1.2.4 同位素效应  21-22
  1.3 分子的塞曼效应  22-24
  1.4 分子的斯塔克效应  24-27
  参考文献  27-30
第2章实验技术与装置  30-44
  2.1 实验方法与技术  30-37
    2.1.1 激光诱导荧光技术  30-32
    2.1.2 自由基产生方法  32-34
    2.1.3 超声射流冷却技术  34-35
    2.1.4 激光频率校准  35-37
  2.2 实验装置  37-42
    2.2.1 低分辨LIF装置  37-38
    2.2.2 高分辨LIF装置  38-40
    2.2.3 外电场及外磁场装置  40-42
  参考文献  42-44
第3章 NiCl自由基的光谱研究  44-64
  3.1 引言  44
  3.2 研究现状  44-46
  3.3 实验部分  46-48
    3.3.1 实验装置  46-47
    3.3.2 实验条件  47-48
  3.4 实验结果与分析  48-61
    3.4.1 振动分析  48-50
    3.4.2 转动分析  50-51
    3.4.3 平衡分子常数  51-55
    3.4.4 同位素位移  55-56
    3.4.5 上电子态寿命  56-58
    3.4.6 [13.8]~2Π_(3/2)-X~2Π_(3/2)跃迁序列  58-59
    3.4.7 其他未归属谱带  59-61
  3.5 总结  61-62
  参考文献  62-64
第4章 NiS和NiO自由基光谱研究  64-88
  4.1 引言  64
  4.2 研究现状  64-66
    4.2.1 NiS光谱研究现状  65-66
    4.2.2 NiO光谱研究现状  66
  4.3 实验部分  66-68
    4.3.1 实验装置  66-67
    4.3.2 实验条件  67-68
  4.4 实验结果与分析  68-83
    4.4.1 NiS结果与分析  68-75
    4.4.2 NiO结果与分析  75-83
  4.5 结论  83-86
  参考文献  86-88
第5章 PtF自由基光谱研究  88-108
  5.1 引言  88-89
  5.2 研究背景  89-90
  5.3 实验部分  90-91
    5.3.1 实验装置  90
    5.3.2 实验条件  90-91
  5.4 实验结果与分析  91-105
    5.4.1 PtF无场光谱及分析  91-97
    5.4.2 PtF斯塔克光谱  97-105
  5.5 总结  105-106
  参考文献  106-108
第6章 BaS斯塔克光谱研究  108-120
  6.1 引言  108
  6.2 研究背景  108-109
  6.3 实验部分  109-111
    6.3.1 实验装置  109-110
    6.3.2 实验条件  110-111
  6.4 实验结果与分析  111-116
    6.4.1 BaS无场光谱  111
    6.4.2 BaS斯塔克光谱  111-115
    6.4.3 电场校准：BaO斯塔克光谱  115-116
  6.5 结论  116-117
  参考文献  117-120
第7章 TiH和TiD的塞曼光谱研究  120-142
  7.1 引言  120-121
  7.2 研究现状  121-122
  7.3 实验部分  122-123
    7.3.1 实验装置  122
    7.3.2 实验条件  122-123
  7.4 实验结果与分析  123-138
    7.4.1 TiH/TiD无场光谱研究  123-127
    7.4.2 TiH/TiD塞曼光谱研究  127-135
    7.4.3 TiH/TiD斯塔克光谱研究  135-138
  7.5 总结  138-139
  参考文献  139-142
附录  142-162
致谢  162-164
在读期间发表的学术论文与其他研究成果  164-166

激光诱导荧光技术研究若干自由基的光谱及其斯塔克和塞曼效应

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