量子态调控的冷分子光谱及其实验研究

The main aims of this project are: (1) Using supersonic expansion method to generate a target molecular beam with rotational temperature of 15 K, and then using Stark deceleration method to cool the molecules further. (2) Solving the time-dependent Schr?dinger equations of target molecules in different electric fields to get the egienvalue/eigenwavefuntion and modeling the molecular spectra in same electric field. Understanding the electrostatic interaction between the permanent electric dipole moments and the electric fields. Studying the relationship between the electrostatic interaction and the intensity of "Q" branch of the pendular state spectra. Providing the theoretical basis for the study of the "quantum-state controlled" mechanism of strong electric fields on cold polar molecular orientation and spatial arrangement; (3) Measuring and recording the spectra of target molecules in different electric fields. Comparing the experimental results with the theoretical results. Understanding the effect of the different strength of the applied electric fields on molecular inner motion, and the quantum-state controlled mechanism of the applied electric fields on molecular energy levels、wave function. And finally, measuring the molecular orientation through the measurement of molecular spectra.

本项目的主要研究内容是：（1）利用超声分子束绝热膨胀的方法来制备转动温度为15K左右的目标分子束源；再将Stark减速的方法运用到实验中去将目标分子的温度进一步降低;（2）在理论上求解不同电场强度下目标分子的含时薛定谔方程的能量本征解和波函数；模拟目标分子在不同电场强度下的摆动光谱；研究强电场和目标分子的电偶极矩间的相互作用的强度与分子摆动态光谱的"Q"支的强度间的关系，进而为研究强电场对极性冷分子的取向和空间排列的调控机理奠定理论基础;（3）测量和记录目标分子在不同强度外加电场（0-100kV/cm）中的分子光谱，并与研究内容(2)部分的理论计算结果进行比较，进而了解和认识不同强度外加电场对分子的内部运动状态的影响，以及外加电场对分子的能级、波函数的量子调控机理，并实现用摆动态光谱的方法测量分子的取向度。

本项目的主要研究内容分为以下几个部分： . 利用超声分子束绝热膨胀的方法来制备转动温度为15K左右的目标分子源。利用大维度基矢对角化的方法计算了摆动光谱的“Q”支强度与电场强度的关系；分子取向度与电场强度的关系。提出了利用摆动光谱“Q”支强度测量电场强度和分子取向度的两种新方法。具体计算了(HCCCN)3, HCN-N2和HCl三种极性分子的电子基态的C-H 伸缩振动在不同电场强度下的摆动光谱，发现其摆动光谱的Q 支强度随着电场强度的增大而逐渐增大直至饱和， P支与R 支强度则随着电场强度的增大相应地减小直至消失，因此我们提出可以用摆动光谱的Q 支相对强度来测量电场强度的大小。同时，在计算中发现分子取向度随电场强度的增大而逐渐增大直至完全取向。通过进一步计算给出了分子取向度与其摆动光谱的Q 支相对强度的关系，并提出采用摆动光谱的Q 支相对强度实现分子取向度测量的新方法。. 利用激光溅射光诱导荧光的方法研究了MgD在静电场中的光谱和MgH分子的荧光色散谱。第一次测量了MgD分子在自由场中的高分辨光谱，获得了MgD分子的第一激发态的超精细结构常数。通过对静电场中MgD分子的Stark光谱的分析，获得了MgD分子的基电子态和第一激发态的永久电偶极矩，分别为1.31(8)D和2.567(10)D。并由其推测出MgH分子的基电子态永久电偶极矩为1.32(8)D。分析了用MgD或MgH做Stark减速实验是否可行。通过对MgH分子的荧光色散谱的分析，获得了MgH分子的基电子态和第一激发态的振动能级间跃迁的Franck-Condon因子。同时我们用RKR理论计算了MgH分子的基电子态和第一激发态的振动能级间Franck-Condon因子。通过理论和实验结果的对比，我们讨论分析了MgH分子激光冷却的可行性和实验方案。. 利用放电电离和浓度调制的方法系统地测量了14N和15N的3s 4PJ→3p 4DoJ, 3s 4PJ→3p 4PoJ和3s 2DJ→5p 2DoJ三个跃迁系统的同位素吸收谱。通过对实验数据的分析，获得了氮原子的同位素位移、正常质量位移和特殊质量位移，并讨论了它们与相应跃迁能级的角动量J之间的依赖关系。