含硅分子的高分辨激光光谱研究

【摘要】：含硅分子是星际碳硅尘埃的形成的前驱体分子,开展含硅分子的高分辨光谱研究是深入理解其化学结构和成键性质的基础,为星际硅化学的研究提供直接的数据支持。本博士论文的主要内容包括:搭建一套狭缝射流等离子体-腔衰荡(Slit Jet Plasma Cavity Ring-Down,SJP-CRD)光谱实验装置,利用该装置和原有的激光诱导荧光装置开展若干含硅小分子(Si2、r-Si4、SiC2以及l-Si2C2等)的高分辨激光光谱研究。1.狭缝射流等离子体-腔衰荡(SJP-CRD)光谱实验装置的搭建。搭建了一套用于瞬态自由基分子高灵敏高分辨吸收光谱研究的狭缝射流等离子体-腔衰荡(SJP-CRD)光谱实验装置。装置包括用于高效制备振转冷却的自由基分子的超声射流离子体(SJP)和高灵敏的腔衰荡(CRD)吸收光谱探测系统两个部分。超声射流离子体(SJP)是采用狭缝(30 mm×0.2 mm)射流结合高功率气体脉冲放电产生的。我们利用1%C2H2/Ar等离子体射流中的C6H自由基对装置进行了测试,可以产生浓度高达1012分子/cm3的C6H自由基,其振转温度可以冷却至40K。进而利用该装置对Si4分子近红外波段高分辨光谱的研究表明,实验光谱的多普勒线宽可以压缩至△v/v～6×10-7。2.Si2分子的高分辨光谱研究。利用狭缝射流-脉冲放电等离子体(SJP)技术结合激光诱导荧光(LIF)技术研究Si2分子电子跃迁带系的高分辨转动光谱。我们实验研究了 380-520 nm波段Si2分子H3∑u-X3∑g-的高分辨光谱,实验记录了 44个28Si2谱带以及1 1个同位素分子(29Si28Si和30Si28Si)谱带。利用质量效应公式计算的同位素分子谱带的光谱参数与实验测定的光谱参数非常吻合。通过对高分辨转动谱带的拟合,得到了H3∑u-态和X3∑g-基态精确的光谱常数,其中包括之前没有报道的自旋-自旋相互作用常数。利用色散荧光谱结合H3∑u-态荧光辐射寿命,我们实验测定了H3∑u--X3∑g-带系的夫兰克-康登因子(q)、爱因斯坦系数(A)和振子强度(f)等光谱参数。3.r-Si4分子的高分辨光谱研究。利用狭缝射流等离子体-腔衰荡(SJP-CRD)光谱技术分别研究了 r-Si4分子在可见波段1B1u—X1Ag和近红外波段1B3u—X1Ag两个电子跃迁带系的吸收光谱。实验一共记录了 r-Si4分子的56个谱带,其中18个谱带为基态振动激发的热带跃迁。通过振动归属获得了基态v1”和v2”的两个振动频率,1B1u态v1'和v2'的两个振动频率,以及1B3u态的v2'振动频率。我们在10770 cm-1波段附近对1B3u—X1Ag电子跃迁O00带开展了高分辨光谱的转动分析,首次获得了气相r-Si4分子X1Ag基态和1B3u态的光谱常数以及电子跃迁的谱线频率。实验和理论结果的对比分析,表明Si4分子基态的菱形结构源自于(1B1g+1A1g)(?)b1g类的准姜泰勒效应。4.SiC2分子的振动激发态光谱研究。利用激光诱导荧光(LIF)-受激发射泵浦(SEP)光谱技术研究了 SiC2分子基态1v1"、1v2"和6v3"振动激发态的高分辨光谱。通过SEP光谱技术激发201-探测(?)谱带开展1v1”能级的SEP光谱研究。实验记录了基态振动激发态1v1”的转动能级结构,结合微波谱线以及理论计算的高阶参数拟合得到了高精度的光谱常数。同样,通过SEP光谱技术激发O00-探测210+360谱带研究了1v2”和6v3”能级的能级结构,获得了基态振动激发态1v2"和6v3”能级的高精度光谱数据以及准确的转动能级跃迁频率。借助于泵浦O00带的荧光色散谱分析了 SiC2分子基态1v2”和6v3"两个能级之间的费米共振强度(10.3 cm-1)。5.l-Si2C2分子的(?)跃迁光谱研究。利用狭缝射流等离子体-腔衰荡(SJP-CRD)光谱技术研究了 500-530nm波段l-Si2C2分子(?)跃迁的高分辨转动光谱,实验记录了 5个谱带,其中2个谱带为基态振动激发态布居的热带跃迁。通过高分辨光谱研究进行了转动分析,实验上获得了X3∑g-基态和C3∑u-态包括自旋-自旋相互作用常数、自旋-转动常数以及离心畸变常数在内的高精度光谱数据。利用这些精确的光谱常数,我们模拟了不同温度条件下l-Si2C2分子的光谱,并讨论了l-Si2C2分子在天文观测中的应用。