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研究生： 林明弘
Lin, Ming-Hong
論文名稱： 氣態氘化鈉C1Σ+電子能態雙光子共振螢光減量光譜
Study of the gas phase NaD C1Σ+state by OODR depletion spectroscopy
指導教授： 黃守仁
Whang, Thou-Jen
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2013
畢業學年度： 101
語文別： 中文
論文頁數： 101
中文關鍵詞： 雙光子共振 、螢光減量 、氘化鈉 、雷射誘導螢光光譜法 、同位素位移 、C電子能態
外文關鍵詞： Optical-optical double resonance, Fluorescence depletion, NaD, Laser-induced fluorescence, Isotope shift, C1Σ+state
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    • 在本實驗中，我們利用Nd:YAG 雷射激發兩台可調變波長的染料雷射進行雙光子共振螢光減弱光譜實驗來探討氘化鈉分子C1Σ+能態，固定第一道雷射使其產生A1Σ+ -> X1Σ+的放射螢光，之後藉由第二道雷射產生螢光減弱訊號來偵測氘化鈉分子C1Σ+能態的振轉能級。
    利用比較實驗值和同位素位移預測的振動能階差ΔGv+1/2得到本實驗所觀測到的最低振動量子數為v=16，之後也利用了定義不同第一個觀測到的振動能級v*去計算得到的FCF 值和氘化鈉C1Σ+能態螢光減弱訊號的強度進行比對的方法來確定絕對振動量子數的確定。
    總共偵測到271個氘化鈉分子C1Σ+能態的振轉能級，其中33個振動能級(v=16~49)及8個轉動能級(J=10~3)，偵測能量範圍位在37330~40911 cm-1。根據實驗觀測到的訊號，經由擬合得到氘化鈉分子C1Σ+能態每一個振動態的振動能量Gv、轉動能量Bv 等分子常數。此外由實驗結果經過Dunhum程式擬合之後可以推得一組登亥姆(Dunhum)分子常數以及RKR位能曲線。

    In this experiment, the NaD C1Σ+ electronic state was investigated by optical-optical double resonance fluorescence depletion spectroscopy (OODRDS). The depletion spectra of NaD C1Σ+ state were observed by monitoring the fluorescence depletion from the transitions of A1Σ+ to X1Σ+ states.
    Comparing the vibrational energy level difference ΔGv+1/2 between the predictions from the isotope shift and the experimental observations, the absolute vibrational quantum number can be determined. This result was confirmed by comparing the FCF values calculated from several vibrational quantum number assignments to the fluorescence depletion signals of NaD C1Σ+ state obtained experimentally.
    A total of 271 rovibrational (v=16~49, J=3~10) levels of NaD C1Σ+ state in the energy range of 37330~40911 cm-1 was observed. The molecular constants vibrational (Gv) the rotational constant (Bv) for each rovibrational level were fitted individually. A global least square fitting was used to obtain a set of Dunham coefficients, and the RKR potential curve was constructed for the NaD C1Σ+ state.

    目錄 中文摘要 I ABSTRACT II 誌謝 III 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 文獻回顧 4 第二章 量子與光譜理論 8 2-1 薛丁格方程式 8 2-2 波恩-奧本海默近似法 9 2-3 雙原子分子振轉動光譜 10 2-4 分子光譜 12 2-5 分子常數 13 2-6 RKR位能曲線(Rydberg-Klein-Rees Potential Curve) 15 2-7 雙原子分子躍遷選擇律 16 2-8 項符(Term Symbol) 16 2-9 法蘭克-康登原理（Franck-Condon principle） 18 2-10 同位素位移 18 第三章 實驗 21 3-1 實驗藥品 21 3-1-1 甲醇(Methanol) 21 3-1-2 鈉金屬塊(Sodium Rod) 21 3-1-3 氘氣(Deuterium) 21 3-1-4 雷射染料(Laser Dye) 22 3-2 實驗儀器介紹 23 3-2-1 雷射系統 23 3-2-2 熱管爐系統 25 3-2-3 校正系統 26 3-2-4 訊號偵測與處理系統 27 3-3 實驗原理介紹 30 3-3-1 雙光子共振光譜法簡介 30 3-3-2 實驗方法 31 3-3-3 實驗步驟 35 第四章 實驗結果與討論 43 4-1 NaD X1＋和A1＋能態的選用 43 4-2 訊號校正 43 4-2-1 染料 Exalite 400E 43 4-2-2 染料LDS798及LDS821、LDS867 45 4-2-3 染料LDS698及LDS759 47 4-3 NaD分子C1Σ+能態OODR訊號的數據分析 49 4-3-1 實驗結果 49 4-3-2 光譜分析 51 4-3-3 確認絕對振動量子數v值 54 4-3-4 NaD分子C1+能態數據分析 61 4-3-5 待完成實驗 71 第五章 結論 73 參考文獻 75 附錄A NaD C1＋能態振轉能量 77 附錄B NaD C1＋分子常數擬合結果 86 附錄C 經由分析ΔGv+1/2的差異決定NaD C1＋的振動量子數 95 附錄D 實驗求得之C1Σ+能態與A1Σ+能態間的法蘭克-康登因子 97 附錄E Pumping laser 能量值(cm-1) 100 附錄F NaD C1Σ+能態(v=14~10) 振轉能量 101   表目錄 表1-1-1 不同能態鈉分子與氫原子結合形成氫化鈉分子的項符 4 表1-2-1 氘化鈉分子X1Σ+能態的部分登亥姆係數單位為(cm-1) 6 表1-2-2 氘化鈉分子A1Σ+能態的分子常數 7 表2-4-1 分子光譜的類型 12 表2-5-1 亥姆係數與其相對應的分子常數 15 表2-7-1 雙原子分子的選擇律 16 表2-8-1 電子量子數所對應的項符 17 表2-10-1 原本分子與同位素分子在分子常數的比例關係 20 表3-1-1 染料使用總表 22 表3-2-1 摻銣石榴石雷射(Nd-YAG laser)規格表 23 表3-2-2 染料雷射(Dye laser)規格表 24 表3-2-3 中空陰極管(Hollow cathode lamp)的規格表 27 表3-2-4 單光儀(Monochromator)的規格表 28 表3-2-5 光電倍增管(Photomultiplier tube)的規格 28 表3-2-6 Boxcar integrator system各個元件的功能 29 表4-2-1 染料Exalite 400E的中空陰極管校正譜線 44 表4-2-2 染料LDS798、867的中空陰極管校正譜線 45 表4-3-1 紅光染料搭配的中間態及偵測到的C1Σ＋能態的振動能級 50 表4-3-2 定各振轉能級為最低振動能級的誤差值 56 表4-3-3 NaD分子C1Σ＋能態轉動常數比較。 66 表4-3-4 NaD分子C1Σ＋能態ΔGv+1/2比較 67 表4-3-5 NaD C1Σ＋能態分子常數, 69 表4-3-6 NaD C1Σ＋能態光譜參數比較。 70   圖目錄 圖1-1-1 單純單重態的電子位能曲線，其中實線為1Σ，虛線為1Π. 3 圖1-1-2 氘化鈉分子的X1Σ+能態、A1Σ+能態位能曲線 3 圖2-8-1為軌域角動量( L)和自旋角動量(S)在核間軸的投影值 17 圖3-2-1 熱管爐的俯視圖 26 圖3-2-2 熱管爐的側視圖 26 圖3-3-1 不同的雙光子共振螢光減量法 30 圖3-3-2 Stepwise型-雙光子共振螢光減量光譜法示意圖 31 圖3-3-3 X1Σ+能態激發至A1Σ+能態經掃描第一道雷射光所產生的激發光譜圖 32 圖3-3-4 固定X(0,10)到 A(11,9)能量掃描單光儀產生的雷射誘導螢光光譜 33 圖3-3-5 固定X(0,8)到 A(11,9)能量掃描單光儀所產生的雷射誘導螢光光譜 33 圖3-3-6 OODR的實驗裝置圖。圖中實線為光的路徑，虛線代表電子訊號傳輸路徑 34 圖3-3-7 NaD C1Σ+ 雙光子共振螢光減弱光譜 35 圖3-3-8 NaD C1Σ+ 雙光子共振螢光減弱光譜 35 圖3-3-9 研究NaD分子A1Σ+能態的實驗裝置圖 37 圖3-3-10 雷射同時通過NaD與NaH熱管爐的激發光譜圖 37 圖3-3-11 NaD分子，改變不同溫度K，以NV對v (振動量子數)做圖 39 圖3-3-12 NaD分子為例改變不同溫度K，以J值對NJ做圖 40 圖3-3-13 NaD分子由X1Σ＋電子基態v”=0 J”=0~20到A1Σ＋ v’=3~20的躍遷強度 41 圖4-2-1 染料Exalite 400E的中空陰極管校正譜線 44 圖4-2-2 染料LDS798的中空陰極管校正譜線 46 圖4-2-3 染料LDS798的中空陰極管校正譜線 46 圖4-2-4 染料LDS798的中空陰極管校正譜線 47 圖4-2-5 LDS698和LDS759的校正圖譜 48 圖4-3-1 NaD分子C1Σ＋能態A(12,9)OODR訊號 52 圖4-3-2 OODR光譜相對示意圖 53 圖4-3-3 C1Σ＋能態v=22各J值訊號確認圖 53 圖4-3-4 NaD分子固定兩道雷射掃描單光儀圖譜（v*-13） 55 圖4-3-5 NaD分子固定兩道雷射掃描單光儀圖譜（v*-23） 55 圖4-3-6 最低絕對振動量子數的確認，在v*=16有最小誤差 57 圖4-3-7 FCF值與螢光減量訊號圖 58 圖4-3-8 實驗螢光減量強度和v*=42的比較結果 59 圖4-3-9 實驗螢光減量強度和v*=43的比較結果 59 圖4-3-10 實驗螢光減量強度和v*=44的比較結果 60 圖4-3-11 J(J＋1)對振動能級的能量(Tv,J)作圖 63 圖4-3-12 NaD分子C1Σ＋能態ΔGv+1/2比較 64 圖4-3-13 NaD分子C1Σ＋能態振轉常數比較 65 圖4-3-14 □:由分子常數獲得的RKR位能曲線;紅線代表利用同位素位移預測的 RKR位能曲線 69 圖4-3-15 NaD X1Σ＋訊號圖(a)為OODR光譜(b)為碘槽的校正訊號槽的校正訊號 72

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    下載圖示 校內：2018-07-12公開
    校外：2018-07-12公開
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