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Sm原子束缚态和自电离态的光谱及其特性

赵艳红  
【摘要】:原子高激发态的研究不仅对原子物理学的发展具有重要意义,而且在许多领域都有重要的应用价值,如:新型激光机理的探索,激光分离同位素等。Sm原子是一种典型的稀土原子,具有最复杂的原子结构。首先,其基态具有七个精细结构,其次,除了外层的6s 2电子,未填满的4f子壳层上的电子也相当活泼,从而导致Sm原子的光谱异常复杂。目前,对其光谱特性的研究不但缺乏有效的理论方法,而且也对相关的实验手段和分析方法提出了严峻的挑战。为此,本学位论文对Sm原子的束缚态和自电离态的光谱及其特性开展了系统的实验研究。 本文依据电偶极跃迁过程中的宇称和角动量的选择定则,设计了不同的激发路径,对同一能域内的大量高激发态进行了探测。然后,通过精确的光谱定标手段,确定了其能级位置;通过对由不同激发路径所获得的光谱进行比较和分析,唯一确定了其总角动量;为了获得所有谱线的相对强度,本文对其强度进行归一化处理并按照其强弱分为了W、M和S三个档次。 对于Sm原子的束缚高激发态,实验采用分步激发手段和光电离探测技术分别对其30040—38065 cm~(-1)能域内的偶宇称态和44111.7—45490.6 cm~(-1)能域内的奇宇称态的光谱进行了系统研究。对于前者,先将第一束激光的波长分别固定在不同值上,以便使处于某一初态4 f~66s~(27)F_J(J=0-6)的Sm原子共振跃迁到某一中间态4 f~6 6s6p上,再扫描第二束激光的波长使其在偶宇称高激发态上布居,最后利用光电离技术对其进行探测。对于后者,先将第一束激光的波长固定在不同值上,以便使处于某一初态4 f~66s~(27)F_J(J=0-6)的Sm原子共振跃迁到某第一中间态4 f~6 6s6p上,再将第二束激光的波长固定在不同值上,使Sm原子进一步共振跃迁到某第二中间态4 f~6 6s7s上,然后扫描第三束激光的波长使其在奇宇称高激发态上布居,最后利用光电离技术对其进行探测。 对于Sm原子的自电离态,实验选取了三条不同的激发路径采用三色多步共振激发手段系统研究了Sm原子在45948.9—46943.6 cm~(-1)能域内的自电离光谱。首先,将第一束激光的波长分别固定在不同值上,以便使处于某一初态4 f~66s~(27)F_J(J=0-6)的Sm原子共振跃迁到某第一中间态4 f~6 6s6p上,再将第二束激光的波长固定在不同值上,使Sm原子进一步共振跃迁到某第二中间态4 f~6 6s7s上,再扫描第三束激光的波长,使Sm原子进一步共振跃迁至待测的自电离态上。此时,由于原子的总能量已高于第一电离限,其原子状态十分不稳定,电子会因获得能量而脱离原子的束缚,以一定的动能弹射出去,而剩余的离子则因失去了能量衰变到较低的离子态上,利用原子的自电离过程即可实现对自电离态的探测。 通过对所获得的Sm原子的光谱进行详细的分析,本文不仅确定了高激发态的能级位置和其相对的谱线强度,而且也提供了其总角动量等方面的信息。对于自电离态本文还给出了其跃迁谱线的宽度信息,而且对其线性的形成机理进行了详细的分析与讨论。在上述信息中,大部分的光谱信息均为本文首次报道。这些研究结果不仅进一步丰富了Sm原子的光谱信息,而且也为相关领域的发展提供了重要的科学依据。


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