强纳秒激光场中团簇多价电离的尺寸效应及机理研究

强激光与团簇作用产生多价离子的机理是光物理研究的焦点之一。我们利用光强比飞秒激光低3个量级的纳秒激光同样观测到大量的多价离子；近期，在苯团簇中实验验证了多价离子形成存在一临界尺寸的预测。为了深入研究强纳秒激光场中多价电离的微观机理，本项目中我们将选择与苯化学结构相似、而分子尺寸不同的萘、菲、C28、C60富勒烯团簇为研究对象，考察团簇粒径变化对多价电离产物的影响，利用液体分子束技术将团簇引入激光电离腔，用飞行时间质谱、电子能谱测定不同团簇时多价电离产物、电子能量及价态分布，并结合强度相关性分析技术分析不同离子之间的关联性信息，探讨多光子电离、电子碰撞电离对多价离子产物的贡献，建立团簇在强纳秒激光场中多价电离的动力学模型，并与相关实验结果相互验证。本项目将为强纳秒激光与团簇作用的微观动力学发展提供科学的实验数据；并加深对激光烧蚀、激光溅射和激光破坏等过程中微观机制的了解。

纳秒激光与团簇相互作用产生高价离子成为研究热点之一。虽然实验观察到很多有趣的现象，但是缺少相关理论研究，需要深入研究其中的微观机理。本项目选择与苯分子化学结构相近的苯、环己烯和环己烷等分子团簇为对象，系统考察了激光参数和团簇参数对不同团簇体系中多价离子产物的影响规律；对纳秒激光场中团簇电离规律进行了理论模拟研究，提出了动力学模型可以较好解释相关实验结果。采用计算流体力学软件FLUENT模拟了不同毛细管形状对腔体内压强的分布影响，设计了一套液体束装置用于产生萘、菲、富勒烯等团簇。实验中利用飞行时间质谱技术、激光偏振技术和阻滞电压等技术，系统研究了分子电离势、团簇尺寸、激光波长、激光偏振等对多价离子产生的影响。首次对提出的多价离子产生机理即“多光子电离引发－逆韧致吸收加热－电子碰撞电离”进行了数值模拟。对多价离子的价态随着激光的波长和团簇尺寸进行了模拟和讨论，数值模拟结果表明：多价离子的价态随着激光波长和团簇尺寸的增加而增加，这与数值模拟结果实验结果相一致,进一步验证了三步理论模型的有效性。期间，发表研究论文3篇，接收1篇；授权专利3项，毕业硕士1名。