[发明专利]一种激光制备分子束源装置

说明书

本发明公开一种激光制备分子束源装置，具有低背景噪声，该装置包括真空系统、束源制备系统和光学系统，通过在束源制备腔侧面开进光口，利用激光将脉冲阀喷射的母体分子制备成碎片分子，再经过绝热膨胀形成量子态单一的碎片分子束源，以满足反应动力学实验需求。在腔体内部光路上设计屏蔽筒，防止激光暴露在探测腔造成较大的背景噪声，屏蔽筒与腔体间的连接通过特殊设计的部件实现，利用橡胶O圈密封，维持束源制备腔和探测腔的差分抽系统。屏蔽筒中光阑的设计有助于确保激光与分子在空间上相交，提高制备的束源强度。通过一系列设计，能有效降低激光造成的背景噪声，可以利用激光制备量子态单一的碎片分子束源用于实验研究并具有较低的背景噪声。

技术领域

本发明涉及束源制备技术领域，尤其涉及一种激光制备分子束源装置。

背景技术

反应动力学是物理化学的一个分支，分子束技术是反应动力学实验研究的重要工具。分子束中分子间距离大、相互作用弱，且分子作准直的定向运动，因此十分适合用于研究分子本身的性质和分子与其他粒子间的相互作用。超声射流是产生分子束源的重要方法，即束源制备腔中的分子通过绝热膨胀进入探测腔，期间分子在束源制备腔的开口附近剧烈碰撞，分子内部的转动能和振动能转化成分子的平动能，从而形成内部温度低的超声射流分子束源，使量子态分辨的反应动力学实验成为可能。

市场上能购买到的气体通常是处于基态的稳定的中性分子，但激发态的分子、自由基、离子等在化学反应中同样扮演着重要角色。为研究这些粒子在化学反应中的作用，需要借助外界能量场来制备相应的束源。光与分子相互作用可以使分子跃迁到激发态、解离生成碎片分子或电离生成离子。目前的激光技术波长覆盖范围广、线宽窄，可以将分子精确地制备到所需要的量子态，因此激光常用于制备束源。

激光制备束源中，激光与分子作用有两种方案，一种是超声射流完成之后激光与分子束作用，即作用区域在束源制备腔开口的漏勺下游；另一种是在超声射流未完成时，即在阀和漏勺之间激光与分子相互作用。前一种方案可以用来精确制备激发态的分子束，例如利用受激拉曼泵浦制备振动激发的氘代氢气束源。后一种方案常出现在光解碎片分子束源的制备中，例如硝酸光解制备氢氧自由基束源。这是因为如果在超声射流之后再进行光解，产生的碎片分子内部量子态不纯，可能布局在多个振转态。因此在制备单一量子态的碎片分子束源时，通常需要让激光穿过束源制备腔，在阀与漏勺之间与母体分子反应。

束源制备完成后，可以对束源本身速度、量子态等进行探测，或是作为反应物进一步参与反应。探测的信号通常包括荧光信号、离子信号等。然而这类信号通常不大，要求漏勺与探测区域的距离不能太远，一般为几厘米，因此通常需要将束源制备腔伸入探测腔内。激光本身或散射光打到腔壁上溅射出的粒子均会造成可探测的背景噪声，影响实验的信噪比。此外，为了使激光与分子充分反应、保证束源有足够的强度，激光光束应与分子束在空间上相交，确保激光处于正确位置对于一个庞大的真空腔室而言也是一个难题。

因此，如何提供一种激光制备分子束源装置，以降低背景噪声，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种激光制备分子束源装置，以降低背景噪声。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光制备分子束源装置，包括真空系统、束源制备系统和光学系统，其中，

所述真空系统包括真空腔和真空泵，所述真空腔包括一号真空腔、束源制备腔和探测腔，所述束源制备腔上设置有开孔与所述探测腔连通，所述真空泵包括一号真空泵和二号真空泵，

所述一号真空腔与所述束源制备腔连通且通过所述一号真空泵抽真空，所述探测腔通过所述二号真空泵抽真空，构建所述束源制备腔和所述探测腔的差分抽气系统，维持制备束源需要的真空度；

所述束源制备系统包括脉冲阀和漏勺，所述脉冲阀设置在所述束源制备腔的内部用于喷射分子，所述漏勺设置在所述开孔用于准直和减小束源发散角；