[发明专利]一种亚稳态储能粒子－SiO(b3П)的合成装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温合成亚稳态储能粒子SiO(b³∏)的装置。它的主要用途是合成高浓度的SiO(b³∏)储能粒子，为Na、Tl、Ga等原子激光器提供能源。该装置的最大特点是操作简单，易于实现，性能稳定且易于放大。该装置的成功建立，为Na、Tl、Ga等原子激光器研究提供了前提条件。特别是Na原子激光器，是目前激光器研究的一个热点。

背景技术

上世纪80年代，研究人员就发现亚稳态的SiO(b³∏)是一种很好的储能粒子，其能量接近3.5eV，寿命在10ms量级。实验证实SiO(b³∏)可以与Tl(535nm)、Ga(417nm)、Na(569、616nm)等原子发生高效的近共振传能并将这些原子从基态激发到激发态。研究表明Na原子与SiO(b³∏)的近共振传能是最容易实现且最有效的。由此形成了钠原子化学激光的概念，其最佳发光波长在569nm，属于可见波段。目前存在的化学激光都处在红外波段，因此钠原子化学激光延伸了目前化学激光的波长范围，也表现出了一些独特的应用前景。

SiO(b³∏)是钠原子化学激光的能源。如何简单、高效地合成SiO(b³∏)是目前研究的一个关键问题。通过气相单质硅原子和N₂O反应生成SiO(b³∏)是目前最常用的方法。在以往的大部分研究中，气相Si原子都是通过蒸发单质Si产生的。这种方法的主要缺点是需要的温度过高(超过1600℃)，而且产生的Si原子的浓度低。少数几个研究SiO光谱的实验中，使用了不同的裂解SiH₄的方法来获取气相Si原子，其中包括直流放电解离和激波解离，这两个方法共同的问题是难于控制、产物复杂、光谱测试干扰大。为了避免上述方法的局限，美国人J.M.Stephens通过热解SiH₄产生Si原子，建立了一种易于控制和放大的SiO(b³∏)合成实验装置。但是J.M.Stephens的装置对材料要求严格，成本较高且难以实现。本发明在J.M.Stephens技术路线的基础上，建立了一个结构完全不同的装置，成功合成了高浓度的SiO(b³∏)粒子。同时该装置对材料的要求较低，易于实现，而且操作简单，性能稳定。该装置的建立为相应的金属原子激光器特别是Na原子激光器的研究奠定了基础。

Na原子激光器的工作原理如下：

Si(³P)+N₂O→SiO(b³∏，a³∑，A¹∏)+N₂       (1)

Si(b³∏)+Na(3s²S)→SiO(X¹∑⁺)+Na(4d²D)     (2)

Na(4d²D)→Na(3p²P)+hγ(569nm)              (3)

Na(4d²D)+hν(569nm)→Na(3p²P)+2hν(569nm)  (4)反应(1)产生了亚稳态的SiO(a³∑⁺，b³∏)，该反应的量子效率很高且b³∏占绝对多数。SiO(b³∏)与Na原子的基态3s²S发生近共振传能将基态钠原子泵浦到4d²D能级(式2)。随后，Na(4d²D)发生自发辐射和受激辐射，发出569nm的激光(式3、4)。Na原子激光器的发光波长位于可见区域，目前在很多领域有着迫切的应用需求，因此Na原子激光器是目前激光器研究的一个热点。本发明对于Na原子激光器的实验研究甚至以后的商品化开发奠定了基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方便快捷的合成SiO(b³∏)粒子的装置。通过该装置可以合成高浓度的亚稳态储能粒子SiO(b³∏)，并且可以实时测到该粒子的绝对浓度。该装置可以作为将来Na、Tl、Ga等原子激光器的能源部件。

为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：