9-11微米波段甲胺分子C-N伸缩振动带的高灵敏、高分辨和高精度兰姆凹陷吸收光谱的精密测量

作为重要的太赫兹激光媒质和星际分子之一，因具有CH3-基扭动和NH2-基反转两个大振幅内部运动的相互作用而造成复杂的能级结构及丰富密集但谱线强度差异很大的波谱，甲胺分子的微波和太赫兹光谱引起人们极大的兴趣并得到了广泛地研究。但对连接这两个基的C-N键伸缩振动的红外光谱的研究却报道很少。在前期工作中，我们成功观测到所有光谱区中甲胺分子吸收谱线的第一个兰姆凹陷信号，但仅测定和标识了27条跃迁谱线。本项目将1)在实现光谱仪的宽调频范围和高灵敏度的同时，高分辨率和高精度地观测到大量谱线的兰姆凹陷信号及其对应的跃迁频率；2)清晰地标识这些跃迁谱线并揭示分子振动-转动-扭动-反转四种运动间的相互作用及物理机理；3)标识太赫兹跃迁谱线并确定其能级项值和跃迁频率。本项目的实施将为检验各种甲胺的理论模型提供大量准确的实验数据，促进窄线宽大功率甲胺太赫兹激光器的研发，也为研究甲胺同位素的红外光谱打下实验基础。

结题摘要. 甲胺分子的C-N键连接着扭动的甲基和反转的氨基，它伸缩振动并与扭动和反转发生复杂的相互作用，引起了其红外光谱丰富密集且谱线强度差异很大。这使C-N伸缩振动带的高分辨和高精度吸收光谱的观测一直以来客观上遇到极大的挑战。因此，这方面兰姆凹陷饱和吸收红外光谱研究的工作很少。. 本项目中课题组对甲胺分子C-N伸缩振动带的兰姆凹陷饱和吸收红外光谱进行了系统和深入的研究，取得了许多重要结果和高质量精密光谱数据。本研究达到了预期的研究目标：1) 我们以高分辨率和高精度观测到大量吸收谱线的饱和兰姆凹陷信号及其对应的跃迁频率。将甲胺分子C-N伸缩振动带的傅立叶变换光谱中密集重合在一起的分布于P/Q/R 支中的150多条谱线逐条分辨开又逐条以0.1 MHz的精度对它们的跃迁频率进行了精密的测量；2) 清晰地标识和确认了这些跃迁谱线，求得了它们在振动激发态上27个子能级的谱项值并将其展为J(J + 1)的泰勒级数。通过得到的与带头及有效转动常数等相关的泰勒系数详细地分析了分子内部运动间的相互作用；3) 发现了两个由CO2 激光泵浦甲胺能产生可观测的太赫兹谱线的辐射跃迁系统。对系统中的两条太赫兹谱线做了清晰的标识，并准确地确定了它们的跃迁频率。本项目的研究结果为检验各种甲胺分子的理论模型和对甲胺分子的天文与天体物理观测研究以及日常生活应用提供了大量准确的红外光谱实验数据。本项工作的结果是该领域的国际前沿研究成果，它与我们前期的研究结果是目前国际上仅有的关于甲胺分子C-N伸缩振动带的兰姆凹陷饱和吸收红外光谱。. 我们基本完成了本项目原计划的主要研究内容。在本项目经费的资助下，1) 迄今已在Scientific Reports, Nature Communications等SCI和EI收录的国内外学术期刊发表论文10篇；2) 在国内外学术会议上分别作报告12次和4次；3) 获得在福州召开的第十九届全国分子光谱学学术会议暨2016年光谱年会优秀墙报论文奖和2014年在宜宾召开的第五届全国计算原子与分子物理学术会议优秀墙报论文奖；4) 2016年获得教育部高等学校科学研究优秀成果自然科学奖二等奖一项 (本项目主持人列第2位完成人)；5) 培养博士研究生3名，硕士研究生1名，山东大学泰山学堂物理取向本科生10名。