[发明专利]应用非饱和激发法测量锂原子吸收截面的测量方法

摘要

本发明公开了一种应用非饱和激发法测量锂原子吸收截面的测量装置及方法，所述装置包括高压极板、栅网、离子流筒，安装于离子流筒端面外部的法拉第筒，与法拉第筒连接的皮安计和与皮安计连接的计算机。所述测量方法包括确定其激发电离路径；推导出锂原子吸收截面测量的计算公式；构造激发过程的二能级系统，实现激发过程；确定下能级的原子数N10，求得锂原子吸收截面。本发明实现在低激光功率密度非饱和激发情况下较低的原子电偶极跃迁截面测量，对于锂原子3s态到25p态的激发过程，利用该方法，在低于0.1 W/cm2的激光功率密度就可以测得其吸收截面，截面值为10‑18 cm2量级，这大大降低了对激光功率密度的要求。

主权项

一种应用非饱和激发法测量锂原子吸收截面的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：(ⅰ)根据所要测量的锂原子吸收截面，确定其三步激发电离路径；(ⅱ)结合激发路径，建立速率方程，进而推导出锂原子吸收截面测量的计算公式；(a)结合激发路径，建立速率方程；dn1dt=-(W1+A1)n1+W2n2---(1)]]>dn2dt=W1n1-(W2+A2)n2---(2)]]>式中：n1和n2分别为下能级和上能级的原子数，A1和A2分别为下能级和上能级的自发辐射系数，W1为下能级的受激吸收系数，W2为上能级的受激辐射系数；(b)忽略能级简并，则W1＝W2，令W1＝W2＝WW＝Iσ                                          (3)I=PThvsτl---(4)]]>式中：I为光子通量密度，由激光功率P、周期T、脉宽τl、光斑面积s和光子能量hν决定，σ为原子吸收截面；(c)将式(2)求导后，将式(1)、(2)带入求导公式，通过化简，得到n2随时间的变化，n2|Iσ<<A1=N10Iσ2A1(1-e-A1τl)---(5)]]>推导出截面测量的计算公式：σ=1N10·dn2dI|Iσ<<A1·A11-e-A1τl---(6)]]>式中：N10为初始时刻下能级上的原子数，由基态原子数N0决定，n2需要通过测量过程中产生的电离信号S确定；(ⅲ)通过脉冲时序发生器调节激光之间的延时，构造激发过程的二能级系统，实现激发过程；(ⅳ)利用吸收光谱的多普勒效应确定原子束的漂移速度v，根据时间Δt内金属原子的失重Δm及光与原子作用区的原子束直径D确定光与原子作用区的锂原子密度ρ，ρ=Δmπ4D2vΔt---(7)]]>再由光与原子作用区的体积V1，求得光与原子作用区的原子数密度N0，N0=NAρV1M---(8)]]>饱和激发时，N10=14N0·e-A1τ---(9)]]>由于前两步激发过程，激发截面大，在小于1mW的激光功率的情况下达到饱和，在此情况下，N10=14N0·e-A1τ1=14NAρN1Me-A1τ=14NAV1MΔmπ4vD2Δte-A1τ---(10)]]>式中：N0为光与原子作用区的原子数，NA为阿伏伽德罗常数，ρ为原子密度，V1为激光作用区的体积，M为锂原子摩尔质量，Δm为Δt时间内的蒸发质量，v为原子束飞行速度，D为原子束的直径，由束流孔决定；由此，确定下能级的原子数N10，将获得的结果带入式(6)，即可求得吸收截面σ。