第一章绪论
本实验主要是应用日本Spring-8 自由电子激光装置，该设备可以提供30fs 脉冲宽度的极紫外光（EUV），光谱宽度为0.3eV（FWHM），其光子能量波动为0.13eV利用两个平行的SiC 反射镜控制FEL 光束，使其通过气体检测器（GMD），然后进入聚焦系统。利用低温辐射计校准GMD，在实验中GMD 测量平均脉冲能量为7~11μJ（准偏差为2~4μJ）。聚焦系统由SiC椭圆镜和柱面镜组成，每个镜子的反射率都为70%，其焦距为1m。在FEL 进入作用腔之前，利用两套挡光板，两套挡光板分别有直径为4.0mm和3.5mm 的三个滤光孔(skimmers)，过滤掉镜面产生镜面反射和非镜面反射的大部分散射光，但是这个过程并没有减少光子通量。然后FEL 光束在VMI 光谱仪中心聚焦到在样品气体束上。测得焦点光斑的半径为13μm，平均强度为2~3132 10 W/cm。气体分子与FEL 光场相互作用，其电离出来的电子被电场加速，方向垂直于FEL 光束方向及它的线性偏振轴，朝向微通道板组成的探测器（MCP），其后面接着一个荧光屏，而后利用一个CCD 相机记录电子的位置及同步到达的FEL脉冲。在我们的测量中，光量子角分布（PAD）沿FEL 的偏振方向圆柱形对称，这样就可以利用反Abel 变换将测得的二维动量分布投影反演为三维的光子动量分布，还可以用勒让德多项式展开表示光量子角分布。飞行时间质谱仪Time Of Flight Mass Spectrometer (TOFMS)是我们实验的一个非常重要仪器，我们利用它可以测量光场中的离子，从而了解光场作用下分子的行为。飞行时间质谱仪在实验中非常常见。它的原理是样品分子在强激光场的作用下电离，形成的离子进入电场加速，所有的离子获得相同的动能，然后进入一段无场的自由飞行区域，但是由于每种离子具有不同的质量，所以会在不同的时间到达探测器（MCP）。利用飞行时间质谱仪可以测得离子信号强度随飞行时间的分布，也就是离子的飞行时间质谱。探测器，前置放大器和信号处理三个部分组成数据采集系统。探器主要是由两块微通道板（MCP）组成，MCP 探测到的信号离子经由前置放大器（SRS）放大后，利用数字存储示波器进行信号采集。最后存储到电脑中进行处理。实验过程中，掌握好激光触发脉冲、脉冲阀触发脉冲及示波器采集触发脉冲之间的时间次序非常关键，我们主要利用数字脉冲延迟及控制器来控制三者之间的时序。离子速度像技术在研究强激光场与分子原子相互作用方面是一种非常实用的实验手段，其主要是由探测器（MCP），荧光屏和CCD 相机三部分组成，当激光场与样品分子相互作用时，探测所产生的离子或电子。由CCD 相机记录数据信息，再传送到计算机里进行处理。测的二维动量图像利用反Abel 变换形成三维图象，进而得到样品离子或者电子的角分布及其电离、解离通道等信息。速度成像装置主要由真空腔体、分子束、加速电场、和检测系统四大部分构成。分子束与激光相互作用，电离产生的碎片，由电场加速，然后经过自由飞行区在探测器（MCP）上聚焦，最后用CCD 相机记录实验数据。装置示意图如2.2.2图所示，真空腔体长度为327mm；排除电极、提取电极和接地电极三块电极板的间隔分别为10mm和20mm；腔体的内径和外径分别为86mm 及92mm。
第二章实验装置及原理.................................................................11
2.1 实验设备..................................................................................11
2.1.1 飞行时间质谱系统............................................................ 12
2.1.2 数据采集系统................................................................... 12
2.2 实验原理................................................................................. 13
2.2.1 速度成像技术................................................................... 13
2.2.3 反Abel 变换...................................................................... 16
2.3 实验分子的结构性质............................................................... 17
第三章极紫外光场中分子的光电子角分布研究........................... 19
3.1 极紫外光场中O2电子的角分布.............................................. 19
3.2 极紫外光场中O2离子的角分布.............................................. 23
3.3 极紫外光场中C2H2电子的角分布.......................................... 26
3.4 本章小结................................................................................. 29
总结
本文主要介绍了速度成像方法的原理，并且利用该方法处理极紫外光场中O2电子、一价离子和C2H2电子的角分布问题。第一部分首先介绍了自由电子激光的发展史，了解激光技术的发展情况。其次详细的介绍了光场中的分子行为，主要包括微扰区、库仑区和相对论区，我们主要研究的库仑区范围，分析分子在该区域内发生的各种电离、解离、库仑爆炸等现象。第二部分主要是介绍我们实验的仪器及原理。速度成像方法是实验主要的依托，对离子透镜、反Abel变换等速度成像重要环节都进行了详述。第三部分为数据处理分，是本文的中心，在这部分主要介绍了极紫外光场中O2电子、一价离子和C2H2电子的电离、解离情况，得到对应的电子、离子角分布。
在实验和数据处理过程中也存在一些疑问需要在今后的实验中去解决：1、实验中每种分子我们只用了一种波长的激光脉冲进行作用，以后我们可以用多种波长的激光，这样可以得到在不同波长的激光作用下样品分子的不同特征。2、在处理O2一价离子时发现其动量的三维角分布图像外圈存在一个非常明亮的半圆，分析其原因可能是微通道板放电所导致。3、可以多做些理论计算，从而实现理论与实验的结合。通过β2、β4得到的角分布与实验获得角分布进行拟合，发现存在些差异，经分析可能是由于腔体中存在其他体也发生电离产生电子导致获得β2、β4精准。这也是以后实验需要改进的地方。总之在今后的实验中，我们可以通过改变激光的能量，波长并且与理论计算相结合达到对样品分子的电离、解离、库仑爆炸深入的研究。
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