Name: 레이저 기반 초고속 분자 회전의 직접 이미징 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-04T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 52 s
Description: 배우세요 초고속 분자 회전을 쿨롬 폭발 이미징으로 실시간 촬영하는 방법을. 양자역학과 고전역학의 연결을 밝히고 분자 역학을 고해상도로 분석하는 기술입니다.

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이 연구는 일본과학진흥회(JSPS)와 문부과학성(문부과학성)(#26104539, #26620020, #26810011, #15H03766, #15KT0060, #16H00826, #16K13927)의 보조금 중 KAKENHI의 일부 지원을 받았습니다. 국립 자연 과학 연구소 (NINS) (#IS261006); "Extreme Photonics"에 대한 RIKEN-IMS 공동 프로그램 및 CPhoST(Consortium for Photon Science and Technology).

<ol><li>Stapelfeldt, H., Constant, E., Sakai, H., Corkum, P. B. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.58.426">Time-resolved Coulomb explosion imaging: A method to measure structure and dynamics of molecular nuclear wave packets.</a> Phys. Rev. A. 58, 426-433 (1998).</li>
<li>Hishikawa, A., Matsuda, A., Fushitani, M., Takahashi, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualizing+Recurrently+Migrating+Hydrogen+in+Acetylene+Dication+by+Intense+Ultrashort+Laser+Pulses%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Visualizing Recurrently Migrating Hydrogen in Acetylene Dication by Intense Ultrashort Laser Pulses.</a> Phys. Rev. Lett. 99, 258302(2007).</li>
<li>Légaré, F., et al. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.71.013415">Laser Coulomb-explosion imaging of small molecules.</a> Phys. Rev. A. 71, 013415(2005).</li>
<li>Stapelfeldt, H., Seideman, T. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.75.543">Colloquium: Aligning molecules with strong laser pulses.</a> Rev. Mod. Phys. 75, 543-557 (2003).</li>
<li>Ohshima, Y., Hasegawa, H. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/0144235X.2010.511769">Coherent rotational excitation by intense nonresonant laser fields.</a> Int. Rev. Phys. Chem. 29, 619-663 (2010).</li>
<li>Kitano, K., Hasegawa, H., Ohshima, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+Angular+Momentum+Orientation+by+Linearly+Polarized+Laser+Fields%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Ultrafast Angular Momentum Orientation by Linearly Polarized Laser Fields.</a> Phys. Rev. Lett. 103, 223002(2009).</li>
<li>Fleischer, S., Khodorkovsky, Y., Prior, Y., Averbukh, I. S. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1012.1253">Controlling the sense of molecular rotation.</a> New J. Phys. 11, 105039(2009).</li>
<li>Korobenko, A., Milner, A. A., Milner, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Observation%2C+Study%2C+and+Control+of+Molecular+Superrotors%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Direct Observation, Study, and Control of Molecular Superrotors.</a> Phys. Rev. Lett. 112, 113004(2014).</li>
<li>Rosca-Pruna, F., Vrakking, M. J. J. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1458537">Revival structures in picosecond laser-induced alignment of I2 molecules. I. Experimental results.</a> J. Chem. Phys. 116, 6567-6578 (2002).</li>
<li>Dooley, P. W., et al. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.68.023406">Direct imaging of rotational wave-packet dynamics of diatomic molecules.</a> Phys. Rev. A. 68, 023406(2003).</li>
<li>Mizuse, K., Kitano, K., Hasegawa, H., Ohshima, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+unidirectional+rotation+directly+imaged+with+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Adv%22%5BJournal%5D)">Quantum unidirectional rotation directly imaged with molecules.</a> Sci. Adv. 1, 1400185(2015).</li>
<li>Lin, K., et al. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.92.013410">Visualizing molecular unidirectional rotation.</a> Phys. Rev. A. 92, 013410(2015).</li>
<li>Korobenko, A., Hepburn, J. W., Milner, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+nondispersing+classical-like+molecular+rotation%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Observation of nondispersing classical-like molecular rotation.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 951-956 (2015).</li>
<li>Whitaker, B. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWhitaker%2C+BJ+%22Imaging+in+Molecular+Dynamics%22">Imaging in Molecular Dynamics</a>. , Cambridge University Press. (2003).</li>
<li>Ullrich, J., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/66/9/203/meta">Recoil-ion and electron momentum spectroscopy: reaction-microscopes.</a> Rep. Prog. Phys. 66, 1463(2003).</li>
<li>Lee, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coincidence+ion+imaging+with+a+fast+frame+camera%5BTitle%5D)+AND+%22Rev+Sci+Instrum%22%5BJournal%5D)">Coincidence ion imaging with a fast frame camera.</a> Rev Sci Instrum. 85, 123303(2014).</li>
<li>Lee, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Communication%3A+Time-+and+space-sliced+velocity+map+electron+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Communication: Time- and space-sliced velocity map electron imaging.</a> J. Chem. Phys. 141, 221101(2014).</li>
<li>John, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-0221/7/08/C08001/meta">PImMS, a fast event-triggered monolithic pixel detector with storage of multiple timestamps.</a> Journal of Instrumentation. 7, 8001(2012).</li>
<li>Nomerotski, A., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-0221/5/07/C07007">Pixel Imaging Mass Spectrometry with fast and intelligent Pixel detectors.</a> Journal of Instrumentation. 5, 07007(2010).</li>
<li>Luria, K., Christen, W., Even, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+and+Propagation+of+Intense+Supersonic+Beams%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+A%22%5BJournal%5D)">Generation and Propagation of Intense Supersonic Beams.</a> J. Phys. Chem. A. 115, 7362-7367 (2011).</li>
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<li>Gebhardt, C. R., Rakitzis, T. P., Samartzis, P. C., Ladopoulos, V., Kitsopoulos, T. N. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1403010">Slice imaging: A new approach to ion imaging and velocity mapping.</a> Rev. Sci. Instrum. 72, 3848(2001).</li>
<li>Stöhr, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSt%C3%B6hr%2C+J+%22NEXAFS+Spectroscopy%22">NEXAFS Spectroscopy</a>. , Springer. 132(1992).</li>
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<li>Pitzer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Determination+of+Absolute+Molecular+Stereochemistry+in+Gas+Phase+by+Coulomb+Explosion+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Direct Determination of Absolute Molecular Stereochemistry in Gas Phase by Coulomb Explosion Imaging.</a> Science. 341, 1096-1100 (2013).</li>
<li>Rakitzis, T. P., Samartzis, P. C., Kitsopoulos, T. N. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.480396">Observing the symmetry breaking in the angular distributions of oriented photofragments using velocity mapping.</a> J. Chem. Phys. 111, 10415(1999).</li>
<li>Chang, B. -Y., Hoetzlein, R. C., Mueller, J. A., Geiser, J. D., Houston, P. L. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1148824">Improved two-dimensional product imaging: The real-time ion-counting method.</a> Rev. Sci. Instrum. 69, 1665(1998).</li>
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<li>Townsend, D., Minitti, M. P., Suits, A. G. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1544053">Direct current slice imaging.</a> Rev. Sci. Instrum. 74, 2530(2003).</li>
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<li>Herwig, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+the+Absolute+Configuration+of+a+Chiral+Epoxide+in+the+Gas+Phase%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Imaging the Absolute Configuration of a Chiral Epoxide in the Gas Phase.</a> Science. 342, 1084-1086 (2013).</li>
<li>Suzuki, Y. -I., Suzuki, T. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.91.053413">Linear and circular dichroism in photoelectron angular distributions caused by electron correlation.</a> Phys. Rev. A. 91, 053413(2015).</li>
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본 절차는 슬릿 기반의 2 차원 영상으로 설정 분자 회전 실시간 동영상을 캡처 우릴 수있다. 관찰 된 이온은 슬릿을 통과하기 때문에, 단계 1.5 중요한 단계 중 하나입니다. 슬릿 블레이드의 가장자리가 선명해야합니다. 작은 결함이있는 경우, 이러한 슬릿 0.3 mm의 함몰 등의 스크래치 이온 이미지 (도 6)이 관찰된다. 이러한 경우에, 슬릿 블레이드는 000 그릿 습식 사포로 연마되어야한다. 이 외에,도 1에 도시 된 고유의 카메라 각도에서,이 방법은 이전에 회전 파동 패킷 촬상 유일한 해결책이었다 차원 화상 검출기에 비해 여러 가지 장점을 갖는다. 먼저, 본 방법에서는, 광 빔 정렬은 단계 4.1-4.2 같이 이온 원 영상을 모니터링함으로써 용이하게 행할 수있다. 도 7은 최적의 펌프 프로브 중첩 상태에서 원 카메라 화상을 나타낸다...

깊은 이해와 분자의 동적 특성의 더 나은 사용을 위해, 분명 관심의 분자 운동을 시각화하는 것이 필수적이다. 시분 쿨롱 폭발 촬상이 대물 1, 2, 3을 달성하기 위해 강력한 방법 중 하나이다. 이 방식에서, 관심있는 분자 역학 펌프 초단파 레이저 필드가 시작한 후 시간 지연된 펄스 프로브로 프로빙한다. 프로브의 조사에 의해 분자가 이온화 승산되며 쿨롱 반발력으로 인해 단편 이온으로 분해. 배출 된 이온의 공간 분포는 프로브 조사의 분자 구조 및 공간 방향의 척도이다. 펌프 프로브 지연 시간을 측정하는 스캐닝 시퀀스는 영화 분자의 생성을 이끈다. 그것은 주목할만한, 즉 가장 간단한 경우에 - 이원자 분자 - 배출 된 이온의 각도 분포직접 분 자축 분포 (즉, 제곱 회전 파동 함수)를 반영한다. 펌프 공정에 대해서는, 초단 레이저 필드를 사용하여 분자 운동의 간섭 제어의 최근 진보는 고도로 제어 된 회전 웨이브 패킷 (4)의 작성, (5)에 인도하고있다. 또한, 회전 방향으로 적극적으로 분극 제어 된 레이저 필드 6, 7, 8을 이용하여 제어 될 수있다. 이는 따라서 쿨롱 폭발 영상 법은 이러한 펌프 공정 9, 10, 11, 12, 13과 결합 될 때 파 본성 포함한 분자 회전의 상세한 그림이 가시화 될 수있는 것으로 기대되고있다. 그러나 일부시간은 아래에 언급 된 바와 같이, 기존의 촬상 방법과 관련된 실험 문제가 발생. 본 연구의 목적은 이러한 어려움을 극복 분자 회전 웨이브 패킷의 고품질 영화를 만드는 새로운 방법을 제공하는 것이다. 물리적 인 의미와 함께, 본 발명의 방법으로 촬영 분자 1 회전 실험 영화는 이전 용지 (11)에 제시 하였다. 개발의 배경 본 영상 법의 구체적인 이론 측면에서, 그리고 다른 기존의 기술과의 비교는 다가오는 논문에서 설명한다. 여기서는 주로 일반적인 펌프 프로브 광 설치 조합하고 새로운 촬상 장치를 구비 한 프로 시저의 실용적이고 기술적 인 측면에 초점을 맞출 것이다. 이전 논문에서와 같이, 타겟 시스템은 단방향 질소 분자 (11)를 회전한다. 의 주요 어려움 실험개략적으로도 1에 도시 된 촬상 설정 기존 검출기의 위치, 또는 카메라 앵글과 관련이있다. 회전축 레이저 필드 유도 분자의 회전에 관계되는 레이저 전파 축 (6), (7, 8)와 일치하기 때문에, 회전축을 따라 검출기를 설치 실용적이지 않다. 레이저 조사를 피하기 위해, 검출기가 설치 될 때, 상기 카메라 각도 회전 측 관찰에 대응한다. 이 경우에는, 투사 (2D) 이미지 이온 분자 (14)로부터의 원래 방향을 복원하는 것은 불가능하다. 의 3D 이미지 검출기 (14), 15, 16, 17, 18, 19, 상단 검출기 이온 IMPAC되는 도달 시간t의 위치를 측정 할 수 쿨롱 폭발 영상 (10), (12)를 사용하여 직접 분자 회전을 관찰하는 독특한 방법을 제공했다. 그러나, 레이저 샷 당 허용되는 이온 개수는 고화질 (14)의 분자 운동이 긴 동영상을 생성하기 어렵다는 것을 의미 차원 검출기의 하한 (전형적으로 &lt;10 이온)이다. 검출기 (전형적 NS)의 데드 타임은 이미지 해상도 이미징 효율에 영향을 미친다. 또한 &lt;~ 1 kHz의 레이저 반복률로 실시간 이온 이미지를 모니터함으로써 양호한 펌프 프로브 빔 중첩을 간단한 작업이 아니다. 여러 그룹들이 3 차원 기술을 사용하여 회전 웨이브 패킷을 관찰 하였지만, 상기 공간 정보에 한정 및 / 또는 직접 복잡한 노드 구조를 포함하는 파장 특성의 상세한 시각화, 12 (10)를 달성 아니었다. 의 본질새로운 이미징 기술은도 1에서 &quot;새로운 카메라 앵글&quot;의 사용이다. 2 차원 검출기는 회전축 방향으로부터 관찰 선도, 회전 평면에 평행하면서이 구성에서, 검출기에 레이저 빔 노출을 회피한다. 슬릿은 이미지에 기여할 회전 평면에서만 이온 (레이저 펄스의 편광면)을 허용한다. 차원 검출기보다 카운트 속도 (일반적으로 100 ~ 이온)를 제공하는 2 차원 검출기가 사용될 수있다. 측정 효율이 높은 반면, 전자의 설정은, 3D 검출의 경우에 비해 간단하다. 시간이 많이 소요되는 등 아벨 반전 (14) 수학 재건은, 또한 각도 정보를 추출하는 데 필요하지 않습니다. 이러한 기능은 측정 시스템의 쉽게 최적화 고품질 영화의 생산 리드. 표준 2D / 3D 하전 입자 촬상 장치를 용이하게 본 witho 설치하도록 변형 될 수있다고가의 장비를 사용하는 유타.

<table><tbody><tr><td>CMOS 카메라</td><td>Toshiba TELI</td><td>BU-238M-ES</td> 장착 <td>SONY IMX174 센서</td></tr><tr><td>고전압 스위치</td><td>Behlke</td><td>HTS-41-03-GSM</td><td></td></tr><tr><td>고전압 스위치</td><td>Behlke</td><td>HTS-80-03</td><td></td></tr><tr><td>디지털 지연 발생기</td><td>스탠포드 연구 시스템</td><td>DG535</td><td></td></tr><tr><td>디지털 지연 발생기</td><td>스탠포드 연구 시스템</td><td>DG645</td><td></td></tr><tr><td>마이크로채널 플레이트</td><td>Photonis</td><td>3075</td><td></td></tr><tr><td>펄스 밸브</td><td>LAMID LTD</td><td>Even-Lavie 밸브&nbsp;</td><td>높은 반복, 실내 온도 모델</td></tr><tr><td>분자 빔 스키머</td><td>분자 과학 연구소</td><td>13C11</td><td>3 및 1.5 mm 중심 구멍, 25도 전체 내부 각도 및 ~ 50 mm</td></tr><tr><td>길이 광학 비교기</td><td>Nikon</td><td>V-24B</td><td></td></tr><tr><td>DPSS 레이저</td><td>Lighthouse Photonics</td><td>Sprout</td><td></td></tr><tr><td>Femtosecond Ti : 사파이어 발진기</td><td>KMLabs</td><td>Halcyon</td><td></td></tr><tr><td>Femtosecond Ti : 사파이어 증폭기</td><td>Quantronix</td><td>Odin-II HE</td><td></td></tr><tr><td>전동 선형 스테이지</td><td>Sigma Koki</td><td>KST(GS)-100X</td><td></td></tr><tr><td>수동 X-스테이지</td><td>Sigma Koki</td><td>TSD-601S</td><td></td></tr><tr><td>고해상도 미러 마운트</td><td>Newport</td><td>Suprema SX100-F2KN-254</td><td></td></tr><tr><td>고해상도 미러 마운트</td><td>LIOP-TEC GmbH</td><td>SR100-100R-2-HS</td><td></td></tr><tr><td>편광 검사기</td><td>패러다임 장치, Inc.</td><td>O-tool VIS</td><td></td></tr><tr><td>Instrument 통신 인터페이스</td><td>National Instruments</td><td>NI-MAX</td><td></td></tr><tr><td>측정 프로그램을 위한 그래픽 개발 환경</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW 2014</td><td></td></tr><tr><td>레이저 라인 유전체 미러</td><td>CVI/LEO</td><td>TLM2-400/800-45UNP</td><td></td></tr><tr><td>레이저 라인 유전체 미러</td><td>Altechna</td><td>Low GDD 초고속 미러</td><td></td></tr><tr><td>레이저 라인 유전체 미러</td><td>Altechna</td><td>Low GDD 초고속 미러</td><td></td></tr><tr><td>펨토초 편광판</td><td>고급 박막</td><td>PBS-GVD</td><td></td></tr></tbody></table>

레이저 기반 초고속 분자 회전의 직접 이미징

Direct Imaging of Laser-driven Ultrafast Molecular Rotation

우리는 레이저 유도 분자 초고속 회전 파동 패킷 역학을 가시화하는 방법을 제시한다. 우리는 지금까지-비실용적 카메라 앵글을 실현하는 새로운 2 차원 쿨롱 폭발 촬상 설정을 개발 하였다. 우리의 영상 기법에서, 이원자 분자는 원 편광 강한 레이저 펄스로 조사된다. 토출 원자 이온 레이저 전파 수직 가속된다. 레이저 편광면 거짓말 이온이 기계적 슬릿을 사용하여 선택하고, 높은 처리량과 묘화되는 2 차원 검출기는 편광면에 평행하게 설치된. 원형 편광 (등방성) 쿨롱 폭발 펄스가 사용되기 때문에, 토출 된 이온의 관찰 각도 분포를 직접 펄스 조사시의 제곱 회전 파동 함수에 상당한다. 분자량 회전 실시간 동영상을 생성하기 위해, 본 영상 법은 펨토초 펌프 프로브 O와 결합ptical 설정이있는 펌프 펄스는 단방향 분자 앙상블을 회전 만듭니다. 인하여 우리의 검출 시스템의 높은 화상 처리량 펌프 프로브 실험 조건은 쉽게 실시간 스냅 샷을 모니터링함으로써 최적화 될 수있다. 그 결과, 관찰 영화의 품질은 움직임의 구체적인 파장 특성을 시각화 충분히 높다. 또한, 본 기술은 광범위한 수정 없이도 분자 시스템의 새로운 카메라 앵글이나 관점을 제공하는 기존의 표준 이온 촬상 설정으로 구현 될 수 있다는 점에 유의하라.

도 4a는 하나의 프로브 레이저 총에 걸리는 N 2 + 프로브 조사 (쿨롱 폭발)에 배출 이온의 프로브 전용 원시 이미지를 보여줍니다. 각 밝은 장소는 하나의 이온에 해당합니다. 도 4b는 10,000 치화 원 카메라 화상의 가산 영상을 나타낸다. 이러한 이미지는 우리의 촬상 설치 편광면 내의 모든 방향 각의 분자를 모니터링 할 수 있음을 보여준다. 도 4c는도 4b의 정규화에 상응하는 극성 플롯을 나타낸다. 회전 제어 (펌프) 펄스가 존재했기 때문에, 분포 (그림 4C는 원을 보여줍니다) 등방성이다. 도 4b...

고해상도 쿨롱 폭발 이미징 설정을 사용하여 분자 회전파 패킷의 실시간 동영상을 만들기 위한 프로토콜을 제시합니다.

We present a method for visualizing laser-induced, ultrafast molecular rotational wave packet dynamics. We have developed a new 2-dimensional Coulomb ...

전반적으로 이 실험의 목표는 초고속 분자 회전의 고해상도 실시간 스냅샷을 촬영하는 것입니다. 이 방법은 양자 분자 운동과 고전 역학 세계 간의 연결과 같은 양자 역학 및 물리 화학 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 이전에는 실현되지 않았던 카메라 각도에서 분자의 고해상도, 고처리량 실시간 이미징을 수행할 수 있다는 것입니다.이 방법은 분자의 회전 역학에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 또한 배향 분자 및 사진 자원 작용과 같은 다른 시스템에도 적용할 수 있습니다. 실험에 필요한 장비에는 두 가지 주요 구성 요소가 있습니다.첫 번째는 진공 챔버에 구성된 2차원 슬라이스 이미징 장치입니다. 이 설계도는 챔버 내부에 무엇이 있는지에 대한 아이디어를 제공합니다. 레이저 이후, 이온화 된 이원자 분자.이온화 생성물을 안내하는 이온 광학 요소가 있습니다. 레이저 편광 평면에서 이온을 선택하기 위한 슬릿(slit)과 펄스 리펠러(pulsed repeller) 역할을 하는 전극이 있습니다. 이온을 형광체 스크린으로 뒷받침되는 마이크로채널 플레이트로 구성된 병렬 검출기로 보냅니다.두 번째 구성 요소는 펌프 프로브 광학 설정입니다. 회로도에서 볼 수 있듯이 이 설정은 티타늄 사파이어 레이저 증폭기를 사용하여 3개의 동일선형 펨토초 펄스를 생성합니다. 첫 번째 펄스는 820나노미터의 중심 파장으로 선형 편광되며 분자 정렬을 위한 것입니다.방향 제어를 위한 경우 두 번째 펄스입니다. 이는 첫 번째 펄스의 지연된 복제품이지만, 선형 편광이 첫 번째 펄스에 대해 45도 기울어져 있다는 점을 제외하면 다음과 같습니다. 세 번째 펄스는 쿨롱 폭발 이미징 프로브입니다.407나노미터이고 원형 편광이며 100펨토초 동안 지속됩니다. 이 세 개의 펄스는 동일한 경로를 따라 진공 챔버로 들어갑니다. 중요한 단계는 편광 검사기를 사용하여 펄스의 편광 상태를 조정하는 것입니다.이 checker를 사용하면 편광 각도에 따른 투과 강도에 의한 편광 상태를 시각화할 수 있습니다. 챔버에 들어가기 직전에 빔 경로에 편광 검사기를 설치하십시오. 이미징 프로브의 편광 상태에 초점을 맞춥니다.목표는 원형 편광입니다. 편광을 변경하려면 펄스 경로에 있는 파동판을 사용하십시오. 회전식 광학 마운트에서 웨이브 플레이트를 조정합니다.검사기가 편광이 원형임을 나타내면 중지합니다. pulse one과 유사한 절차를 따라 파동판을 조정하십시오. 결국 편광 각도는 수직이어야 합니다.두 번째 펄스의 파동판을 조작하여 각도가 펄스 1의 각도에 대해 45도인 선형 편광을 생성합니다. 빔 경로에서 편광 검사기와 덤프를 제거하고 다른 설정 준비를 완료합니다. 펄스의 시간 겹침은 대략적으로 최적화되어야 합니다.이를 위해서는 시스템의 초점 렌즈 바로 앞에 4개의 요소를 장착해야 합니다. 경로의 첫 번째는 초점 렌즈와 챔버 창을 합친 것만큼 두꺼운 광학 창입니다. 다음은 펌프와 프로브가 동시에 상호 작용할 때만 비선형 응답을 갖는 비선형 결정입니다.경로를 따라 세 번째는 분산 프리즘입니다. 마지막으로, 비선형 신호를 등록하기 위한 백서 한 장이 있습니다. 펌프 2 빔에 빔 덤프를 배치하여 펌프 1 빔과 프로브 펄스로 작업합니다.전동 스테이지를 사용하여 세 번째 고조파 신호를 검색합니다. 스테이지 컨트롤러의 이동 버튼을 눌러 세 번째 신호를 스캔하고 검색합니다. 빔 경로의 종이는 흰색 파란색 형광으로 고조파 신호를 나타냅니다.다음으로, 빔 덤퍼로 펌프 2와 펌프 1의 차단을 해제합니다. 펌프 두 라인의 수동 스테이지를 사용하여 빔 경로를 조정하십시오. 세 번째 고조파 방출이 발생할 때까지 마이크로미터 기반 스테이지를 스캔합니다.시간 0 또는 시간적 겹침의 결정은 종이에 형광이 보일 때 완료됩니다. 계속하기 전에 빔 라인에 추가된 모든 요소를 제거하여 시간적 겹침을 찾습니다. 측정 설정의 독특한 측면은 카메라 배치입니다.이 회로도에서 제안된 바와 같이, 검출기 표면은 레이저 편광 평면에 수직입니다. 카메라 축은 검출기의 표면에 수직이므로 레이저 전파 선과 평행합니다. 진공 앞의 광학 포스트에 디지털 카메라를 설치하십시오. view 포트가 올바르게 방향이 지정되었는지 확인합니다.또한 카메라 뒤에 냉각 팬을 설치하십시오. 원치 않는 빛을 줄이려면 뷰 포트와 렌즈 사이의 영역에 커튼을 드리웁니다. 카메라를 컴퓨터에 연결한 상태에서 제어 소프트웨어를 시작하고 카메라의 게인을 최대화합니다.분자 이온화로 인한 이미지 캡처를 시작합니다. 카메라가 적절하게 배치되면 카메라 이미지가 감지기의 전체 표면을 덮어야 합니다. 캡처된 이미지를 계속 모니터링하여 카메라 초점을 조정합니다.이온으로 인한 반점의 크기는 가능한 한 날카롭고 작아야 합니다. 측정을 위해 먼저 신호를 찾고 이온 이미징 설정을 최적화합니다. 이렇게 하려면 펌프 펄스 빔을 차단하여 프로브 펄스만 사용합니다.펄스는 plano 볼록 렌즈를 통해 이동하여 분자 빔에 초점을 맞춥니다. 펄스 발생기는 이온 광학 장치의 고전압 스위치 시간을 설정합니다. 질소 분자 이온의 예상 도착 시간으로 설정합니다.가장 크고 밝은 이미지를 얻기 위해 렌즈 위치와 가스 펄스 시간을 조정하면서 이온 이미지를 모니터링합니다. 다음으로 펄스 발생기를 사용하여 고전압 스위치의 시간을 변경합니다. 쿨롱 폭발 이중 이온화 질소 채널에 시간을 사용하십시오.컴퓨터에서 카메라 프레임 속도를 낮추고 노출 시간을 늘립니다. 또한 관찰된 이온 분포가 왜곡되지 않은 타원이 되도록 이온 광학 바이어스를 조정합니다. 펌프 프로브 공간 중첩 찾기로 이동합니다.펌프 1의 차단을 해제하되 펌프 2는 막은 상태로 유지하십시오. 망원경을 사용하여 펌프 펄스 빔 폐기물을 고해상도 미러 마운트 하나에 배치하여 빔 위치를 변경합니다. 망원경이 조정됨에 따라 펌프 펄스로 인한 지점을 모니터링하십시오.가장 작은 스폿 크기가 보이면 빔 폐기물은 분자 빔에 있습니다. 프로브 펄스가 펌프 펄스에 의해 조사된 분자를 이미지화하는지 확인하여 계속합니다. 이를 위해서는 지연 단계를 제로 위치에서 이동해야 합니다.질소의 경우 전동 스테이지를 약 600마이크로미터 앞으로 이동합니다. 이 예에서와 같이 이전의 등방성 이미지는 펌프 1 편광 방향을 따라 강한 이방성이 되어야 합니다. 이 시점에서 펌프 1을 차단하고 펌프 2를 차단 해제합니다.고해상도 미러 마운트 2를 사용하여 펌프 프로브 오버랩을 찾습니다. 펌프 1의 광학 경로를 변경하지 않고 미러를 조정하십시오. 정렬은 펌프 1의 편광에 대해 펌프 2의 편광 방향의 경사각을 따라 이루어져야 합니다.단방향 회전 역학을 관찰하려면 두 펌프 빔의 차단을 해제합니다. 수동 지연 사용 stage를 사용하여 펌프 빔 사이의 지연을 설정합니다. 분자 질소의 경우 스테이지를 4피코초로 조정합니다.프로브 빔에 전동 스테이지를 설정하여 프로브 지연을 스캔합니다. 프로브 지연이 스캔될 때 카메라 이미지에서 단방향 회전을 인식할 수 있는지 확인합니다. 단방향 분자 회전이 있는 동영상의 경우 카메라의 프레임 속도와 노출 시간을 변경합니다.컴퓨터 제어를 사용하여 데이터를 수집하고 프로브 시간 값을 단계별로 실행합니다. 이것은 프로브 조사 1회 후 분출된 이중 이온화된 질소의 프로브 전용 원시 이미지입니다. 각 밝은 점은 이온에 해당합니다.이 이미지는 10, 000개의 이러한 이진화 이미지를 합산할 때 생성됩니다. 실제 공간 크기는 80mm x 50mm입니다. 가색은 신호 강도를 표시하는 데 사용됩니다.궁극적으로 데이터를 사용하여 각도 종속 확률에 비례하는 방사형 값을 가진 정규화된 극좌표 플롯을 생성할 수 있습니다. 단방향 분자 회전에 대한 명확한 증거는 두 개의 펌프 펄스로 조사한 후 촬영한 일련의 선택된 스냅샷에 나와 있습니다. 세 가지 시리즈가 있습니다.하나는 타원형 모양이 원으로 변환된 이온 이미지를 가지고 있습니다. 두 번째는 해당 극좌표 플롯을 가지고 있습니다. 마지막으로, 관찰된 각도 확률에 가중치를 부여한 다양한 방향 각도에서 덤벨의 중첩된 이미지를 사용하여 구성된 모델로 생성된 시리즈가 있습니다.처음 등장한 후 이 기술은 분자 과학 분야의 연구자들이 분자 회전의 양자 특성을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 페이저 건 레이저 펄스를 사용하여 초고속 분자 회전을 제어하고 시각화하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.

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연구

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화학

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