惰性气体自电离态激发谱及结构研究

The investigation of autoionizing states not only deepen the understanding of the atom or molecule, and shine light on interactions of atom, molecule and photon，and photoionization dynamics. because of the transition selection rules and high level energy, the studies on the even parity autoionizing Rydberg states of noble gas remain unsystematic, and the resolution of the obtained spectra is relatively low. The high resolution Stark effect spectra of autoionizing resonances in noble gas is rarer. In this work, high number density metastable noble gas atoms produced in an optimized pulsed HVDC discharge, are excited to the even parity autoionizing resonances by single photon, from which the atoms autoionize giving rise to the ions detected by a time-of-flight (TOF) mass spectrometer. from the spectra we will derive more precise spectroscopic data including the level energies, level lifetimes, information of rensonances interacting with continuous sates, atomic strucure informaition, and so on. The Stark effect spectra of autoioning states will obtained by changing the DC voltage in the TOF accelerating electrodes as external electric field creatively. Combined with the theoretical research, we will explore the interaction laws of autoionizing states in external electric field.

自电离态的研究不仅深化了对原子、分子自身的认识，还对原子、分子、光子相互作用研究以及光电离动力学具有重要意义。因为跃迁定则和高能级能量限制，目前惰性气体（Ar、Kr、Xe）偶宇称自电离态研究较为缺乏，高分辨的自电离态Stark 效应谱更为少见。本项目拟创新性地采用脉冲高压直流放电产生稳定的高浓度亚稳态惰性气体原子源，利用激光单光子激发到若干Rydberg 自电离态，通过时间飞行质谱（TOF）技术获得自电离态激发谱，分析该光谱和谱线线形获得自电离共振态能级、共振态寿命、共振态与连续态相互作用的Fano 因子等原子结构信息，充实原子数据库。创造性地在TOF 装置的引出场电极上加直流电源充作外电场，改变场强获得外场下自电离态Stark 效应信息，并结合理论研究，探寻原子分子自电离态在外场下的作用规律。

因为跃迁定则和高能级能量限制，目前惰性气体（Ar 、Kr、Xe）偶宇称自电离态研究较为缺乏，高分辨的自电离态Stark 效应谱更为少见。本项目采用脉冲高压直流放电获得稳定的高浓度亚稳态惰性气体原子源，利用脉冲紫外激光单光子激发到若干偶宇称Rydberg自电离共振态序列np′ [3/2]1,2，[1/2]1，nf′[5/2]3，通过时间飞行质谱（TOF）技术获得自电离态激发谱(光谱分辨~0.1 cm-1)。还创造性地在TOF 装置的引出场电极上加直流电源充作外电场，改变场强获得外场下Ar、Kr、Xe原子nf′序列自电离态Stark 效应信息。开展了两个方面的研究：（1）项目通过实验研究探测到了Ar、Kr、Xe原子np′和nf′序列Rydberg自电离态基于其亚稳态单光子跃迁的激发谱，分析光谱确定其不对称光谱线形属于自电离共振态与连续态相互作用产生的Fano线形，我们首次系统地对Ar，Kr，Xe原子自电离态激发谱进行拟合得到系列的自电离共振态的能级位置，量子亏损δ，Fano线形因子q，共振宽度Γ，共振态寿命τ和衰减宽度Γr等参数，这些数据大部分为首次获得。并根据光谱拟合数据发现q，Γ和τ与有效量子数n*直接相关，其中q值与n*成线性关系，而lnΓ与ln(n*)成线性关系。（2）通过改装的TOF 装置的引出场电极上电压获得不同外电场条件，观测到高分辨的无微扰的Ar原子nf' (n =13-15)序列，Kr原子nf' (n =13-17)序列，以及Xe原子nf' (n =11-15)序列在不同外电场强度条件下的Stark分裂光谱，根据简并微扰理论对其进行了分析。研究还明显发现Ar，Kr，Xe原子第一电离限在不同外电场条件下的偏移，我们分析由于外场作用，使电子实际受到的静电场发生变化，从而使电离能变小。