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《吉林大学》 2012年
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镧原子高激发态奇宇称能级的自然辐射寿命测量

王静  
【摘要】:原子的辐射跃迁参数(能级的自然辐射寿命、分支比、跃迁几率和振子强度等)对原子物理和天体物理等领域的发展而言是一类极其重要的光谱学数据。目前,稀土元素的应用已经遍及诸多领域,因此,对稀土原子跃迁参数的研究是重要而有意义的。激光器研制成功后,人们利用激光的高强度以及良好的单色性发展了多种新型光谱技术,这为原子离子辐射特性参数的研究提供了强有力的工具。其中时间分辨激光诱导荧光光谱(TR-LIF)技术,是当前研究能级自然辐射寿命等辐射跃迁特性的最重要和最可靠的手段之一。 我们运用TR-LIF技术对La I高激发态奇宇称能级的自然辐射寿命进行了测量研究。实验中,可调谐紫外(UV)激光是通过对染料激光进行波长扩展获得的。用一台具有10Hz重复频率、8ns脉宽、可产生355nm激光的Nd~(3+):YAG激光器(Spectra-Physics Quanta-Ray Pro-Series)泵浦一台染料激光器(Sirah Cobra-Stretch),然后用一块非线性光学晶体(BBO晶体)对染料激光进行倍频便得到UV激光。镧原子源则是通过激光诱导等离子体技术产生。将一台重复率为10Hz,脉宽约为8ns的调Q型Nd~(3+):YAG激光器(Continuum Precision II)所产生的532nm激光,经透镜聚焦到真空系统中纯度99.99%的旋转铽金属靶片上,便可产生等离子体。激发脉冲与烧蚀脉冲间的时间间隔由一台高精度数字延时脉冲发生器控制。为了采集荧光信号,我们使用光栅单色仪选择合适的荧光观测通道,再由光电倍增管将选择后的光信号转变为电信号,并输入到一台500MHz的数字存储示波器中显示荧光衰减曲线。最后,通过GPIB把数据传到电脑中,进行后期的数据处理。为了提高信噪比,在荧光信号采集过程中,我们对每一个衰减曲线都进行了至少1000次的取样平均。为了消除地磁场诱导的量子拍效应,同时在一定程度上抑制复合背景光对测量的影响,实验中在激发光与原子离子的作用区施加约100G的磁场。在测量过程中,需要努力避免各种效应(如碰撞效应、飞出视场效应、辐射陷阱效应、饱和效应等)对寿命测量的影响。我们通过改变实验条件来检测并消除上述可能存在的效应。确定能级寿命时,短寿命能级(τ 80ns)和长寿命能级分别采用解卷积拟合和最小二乘法e指数拟合。 本论文测量了La I的24条位于34213.53—40910.11cm~(–1)之间的高激发态奇宇称能级的辐射寿命,其值分布于15.7~121ns之间,这些结果均属于首次测量。本论文寿命结果的测量误差均小于±10%,包括系统误差和散射误差。 本文的寿命研究结果,有助于增进对镧原子能级性质的了解,对该原子的理论计算研究也可提供宝贵的实验参考数据。此外,这些寿命结果与跃迁分支比的实验或理论数据相结合可确定出相应跃迁的跃迁几率和绝对振子强度,进而为天体光谱分析等领域的研究提供基本的原子辐射数据。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:O562.1

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