[發明專利]飛秒激光團簇尺寸的標定方法

有效

• 申請號: 201310145187.X
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103234491A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 張輝;盧海洋;李松;李儒新
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01B15/00
• 分類號: G01B15/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

1.一種飛秒激光團簇尺寸的標定方法，其特征在于該方法包括下列步驟：

①根據激光團簇相互作用實驗中獲得的離子飛行時間譜fto(m,j)推導實驗上的離子能譜fEo(m,j)，包括下列步驟：

<1>所述的離子飛行時間譜和離子能譜分別用矩陣fto(m,j)和fEo(m,j)表述，其中，m=1,2,…,M;j=1,2，矩陣fto(m,j)的第一列fto(m,1)表示離子飛行時間，矩陣fto(m,j)的第二列fto(m,2)表示對應的飛行時間分布，離子能譜矩陣fEo(m,j)的第一列fEo(m,1)表示離子能量數據，第二列fEo(m,2)表示對應的離子能量分布；

<2>團簇分子組成為A_xB_y，A為重核原子，B為輕核原子，根據庫倫爆炸原理得知飛行時間譜記錄的是輕核離子的信號，元素B的質量為m_B，飛行距離為L，飛行的時間為fto(m,1)，則B離子的能量為：

fEo(m,1)=mB2*(Lfto(m,1))2,]]>

對應B離子的能量分布為：

fEo(m,2)=-fto(m,2)*fto(m,1)³；

②模擬團簇尺寸的對數正態分布fN(n,j)，包括下列步驟；

<1>團簇尺寸是對數正態分布的，設置團簇尺寸的最大值為Nmax，團簇尺寸峰值為Npeak和團簇對數尺寸的標準方差為σ，團簇對數尺寸的平均值μ滿足：μ=ln(Npeak)+σ²；

<2>所述的團簇尺寸的對數正態分布用矩陣fN(n,j)表述，其中n=1,2,…,Nmax,j=1,2,該矩陣的第一列fN(n,1)表示團簇尺寸，即團簇內分子的數目，第二列fN(n,2)表示對應的團簇尺寸分布，團簇尺寸為：fN(n,1)=n,對應的團簇尺寸的對數正態分布為：

fN(n,2)=12πσ*fN(n,1)exp[-(lnfN(n,1)-μ)22σ2];]]>

③模擬團簇半徑的分布fR(i,j)，包括下列步驟；

<1>所述的團簇半徑分布用矩陣fR(i,j)表述，其中i=1,2,…,I,j=1,2,該矩陣的第一列fR(i,1)表示團簇的半徑，第二列fR(i,2)表示團簇的半徑分布，團簇半徑為：其中Rmax是團簇的最大半徑；

<2>建立一個長度為I的一維零矩陣N(i)，對N(i)賦值為：N(i)=round[43πρ*fR(i,1)3],]]>

其中，ρ是團簇內團簇分子的平均密度，round表示數值取整，所述的N(i)即為團簇半徑fR(i,1)對應的團簇尺寸；

<3>根據團簇尺寸的對數正態分布fN(n,2)計算團簇半徑的分布fR(i,2)：對fN(n,1)進行掃描，當N(i-1)≤fN(n,1)≤N(i)時，團簇尺寸fN(n,1)對應的團簇尺寸分布fN(n,2)對團簇半徑分布fR(i,2)有貢獻，即團簇半徑分布fR(i,2)是對團簇尺寸分布fN(n,2)在區間N(i-1)≤n≤N(i)求和：

fR(i,2)=Σn=N(i-1)N(i)fN(n,2),]]>

當i=1時，團簇半徑分布fR(1,2)是對fN(n,2)在區間1≤n≤N(1)求和：

fR(1,2)=Σn=1N(1)fN(n,2);]]>

④模擬團簇的離子能譜fE(i,j)，包括下列步驟；

<1>所述的模擬的團簇離子能譜用矩陣fE(i,j)表述，其中i=1,2,…,I,j=1,2,該矩陣的第一列fE(i,1)是離子能量，矩陣的第二列fE(i,2)是對應的離子能量的分布；

<2>團簇分子A_xB_y中，元素A的平均電離價態為+q_A，元素B的平均電離價態為+q_B，庫倫爆炸時單個團簇分子產生的電荷數是q=（x*q_A+y*q_B）e，其中e是電子的電荷量；根據庫倫爆炸理論，由團簇的半徑fR(i,1)獲得團簇爆炸后的B離子能量fE(i,1)為：

fE(i,1)=13ϵ0ρqqBe*fR(i,1)2,]]>

其中ε₀是真空介電常數，ρ是團簇內團簇分子的平均密度；

<3>對于給定的團簇半徑fR(i,1)，當fR(i′,1)≥fR(i,1)時，團簇半徑的分布fR(i′,2)對離子能量分布fE(i,2)都有貢獻，根據團簇的離子能量fE(i,1)和團簇半徑fR(i,1)的關系得到，團簇半徑的分布fR(i′,2)對離子能量分布fE(i,2)的貢獻為：fR(i′,2)*fR(i,1)/fR(i′,1)³，即離子能量分布fE(i,2)是對所述的團簇半徑分布fR(i′,2)在區間i≤i′≤I上求和：

fE(1,2)=Σi′=iIfR(i′,2)*fR(i,1)/fR(i′,1)3;]]>

⑤確定最終的團簇半徑分布fRo(i,j)和團簇尺寸分布fNo(n,j)：

將模擬得到的模擬離子能譜fE(i,j)與實驗得到的實驗離子能譜fEo(m,j)進行比較，通過不斷的修改模擬的初始團簇參數：團簇尺寸的最大值Nmax、團簇尺寸峰值Npeak和團簇對數尺寸的標準方差σ，然后重復步驟②、③、④,直到所述的模擬離子能譜fE(i,j)與實驗離子能譜fEo(m,j)重合為止，得到與所述的最終模擬離子能譜fE(i,j)相應的最終團簇半徑分布fRo(i,j)和最終團簇尺寸分布fNo(n,j)；

⑥完成團簇尺寸的標定：

利用所述的最終團簇半徑分布fRo(i,j)和最終團簇尺寸分布fNo(n,j)按下列公式計算團簇尺寸和半徑，團簇的平均半徑是Rmean：

Rmean=Σi=1IfRo(i,1)*fRo(i,2)Σi=1IfRo(i,2),]]>

團簇的平均尺寸是Nmean：

Nmean=Σn=1NmaxfNo(n,1)*fNo(n,2)Σn=1NmaxfNo(n,2),]]>完成團簇尺寸的標定。