強いフィールド断熱イオンとラジカル陽イオン多原子の超高速振動コヒーレンスの測定

この方法は、コヒーレントな振動運動が励起されるかどうか、コヒーレントなエキゾーテーションが結合結合をどのように駆動するかなど、多原子ラジカルカチオンの超高速ダイナミクスに関する重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、多原子ラジカルカチオンを基底電子状態で調製できるため、コヒーレントな振動運動を分解する能力が大幅に向上しることです。一般に、この方法に不慣れな個人は、2つのビームが正確に平行に、または必要に応じてコリネル伝搬することを保証するために、同じパス名で2つの独立したビームパスを設定するのに苦労するでしょう。

まず、フェムト秒レーザーをONにし、安定するまで約30分待ちます。レーザー出力の後に90/10ビームスプリッターを配置して、ポンプとプローブのビームラインを構築するために使用される2つのレプリカを生成します。ビームスプリッターの前のレーザー出力と透過ビームの出力をチェックして、出力の約10%が透過していることを確認します。

反射ビームを光パラメトリック増幅器に向けます。次に、マニュアルの手順を使用して出力電力を最適化します。次に、光パラメトリック増幅器ソフトウェアを設定して、目的の波長を選択します。

光パラメトリック増幅器からの出力ビームを半波長板と偏光子に向けます。P偏光ビームをブロックし、S偏光ビームを凹面ミラーと凸面ミラーに向けると、その直径が5倍に拡大します。次に、拡大ビームをダイクロイックミラーに向けます。

プローブの光路を準備するには、90/10ビームスプリッターを通過するビームを凸面ミラーと凹面ミラーに向け、その直径を2倍に縮小します。ダウンコリメートビームを電動リニア遅延ステージに取り付けられた中空再帰反射器に向けます。レトロリフレクターの前に2つのフラットミラーの取り付けノブを調整して、ステージが全移動範囲に沿って移動したときにレトロリフレクターの後のビーム位置が変わらないようにします。

次に、遅延段の後に調整可能な減光フィルターを挿入してプローブパルスのパワーを減衰させ、減光フィルターの後にアイリスを挿入してビーム径を調整し、ビームをダイクロイックミラーに向けます。次に、ダイクロイックミラーの後に直径15ミリメートルのベータバリウムホウ酸結晶を挿入して、両方のビームの波長を2倍にし、それによってそれらを見えるようにします。ダイクロイックミラーの前のミラーマウントを使用して、ポンプエンドプローブのビーム位置を調整し、ビームがTOFMSチャンバー内を中心的に伝播し、反対側から出るようにします。

これに続いて、ポンプエンドプローブビームの経路にあるTOFMSチャンバーへの窓の入り口の数センチ前に高速フォトdio検出器を配置します。検出器ケーブルをデジタルオシロスコープに接続し、ポンプエンドプローブパルスの信号を個別に特定します。プローブ・ライン上の電動遅延ステージの位置を調整して、オシロスコープのポンプ・エンド・プローブ信号が時間的に重なるようにします。

オシロスコープで一方の信号が常にもう一方の信号の前にある場合は、電動遅延ステージを保持しているマウントを動かして、必要に応じてパス長を短くしたり長くしたりします。次に、フォトダイオード検出器を取り外します。目的のサンプルをTOFMSチャンバーに接続し、圧力を調整します。

TOFMSの電源をONにし、電圧を確認してください。データ集録ソフトウェアの電動遅延段とオシロスコープの双方との通信に対する操作性を確認してください。ポンプエンドプローブビームのブロックを解除し、それらがTOFMSチャンバーに位置合わせされていることを確認します。

NDフィルターを調整して、プローブ出力を最大化します。波長板によるポンプ出力を十分に高いレベルに設定して、満足のいくイオン信号を得てください。次に、ダイクロイックミラーマウントのノブでプローブビームの空間位置を調整し、全イオンの強度の急上昇が観察されるか、親分子イオンの大幅な枯渇およびフラグメントイオン収率の増加が観察されるまで行います。

電動遅延ステージの位置を調整して、総イオン信号のスパイクを生成し、これはゼロ時間遅延に対応します。ポンプエンドプローブのパルスエネルギーを調整して、目的のイオン信号を取得します。データ集録ソフトウェアで、スキャンの長さとステップサイズを指定します。

最後に、データ集録ソフトウェアを実行して、各ポンプ-プローブ遅延で質量スペクトルを集録します。ここでは、遅延時間ゼロでポンプパルスのみで取得したDMMPマススペクトルを示します。オーバーラップが不十分なスペクトルとポンプのみのスペクトルとの間には知覚できるほどの違いはほとんどなく、これはイオン信号を直接使用してポンプエンドプローブビームの最適な空間オーバーラップを決定する方法を示しています。

ここには、1回のポンププローブスキャンから得られた質量スペクトルデータ、横軸の飛行時間、縦軸のポンププローブ遅延が表示されます。生データは、これらの実験におけるポンププローブ遅延によるイオンシグナルの変化を、追加のデータワークアップなしで視覚化できる方法を示しています。ここには、ポンプエンドプローブビームの最適化された空間オーバーラップと不十分な空間オーバーラップを使用した1回のポンププローブスキャンからの時間分解DMMPイオン信号が示されています。

これらの結果は、処理されたデータで高品質の過渡イオンシグナルを取得するために、ポンプとプローブの空間オーバーラップを最適化することの重要性を示しています。DMMPイオンと、800ナノメートルと1500ナノメートルのポンプ波長を使用して取得したフラグメントPO2C2H4イオン過渡イオン信号を示しています。ここでは、800ナノメートルポンプと1500ナノメートルポンプで取得したDMMPイオン信号の高速変換を示しています。

1500ナノメートルポンプで見える750波数のピークは、使用されたスキャン設定での周波数分解能を示しています。この手順を試行する際は、実験データを記録する前に、ポンプとプローブビームの空間現像を再確認することを忘れないようにすることが重要です。この手順に続いて、どの振動モードがコヒーレントに励起されるかを決定し、プローブパルスエキサイテーションによってアクセスされる電子エネルギーレベルを特定するために、ab initioまたは密度汎関数理論の計算を実行できます。

高出力レーザーでの作業は非常に危険である可能性があるため、この手順を実行するときは、適切な安全ゴーグルを着用するなどの予防措置を常に講じる必要があることを忘れないでください。