Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Chemistry

Lazer güdümlü Ultrafast Moleküler Rotasyon Doğrudan Görüntüleme

doi: 10.3791/54917 Published: February 4, 2017

Abstract

Biz lazer kaynaklı, ultra hızlı moleküler dönme dalga paketi dinamiklerini görselleştirmek için bir yöntem mevcut. Biz şimdiye kadar-pratik kamera açısı gerçekleştiği yeni bir 2-boyutlu Coulomb patlama görüntüleme kurulumu geliştirdik. Bizim görüntüleme tekniğinde, iki atomlu moleküller bir dairesel polarize güçlü lazer darbe ile ışınlanmış. atılır atom iyonları lazer yayılımı dik hızlanır. Lazer polarizasyon düzlemi içinde yatmakta olarak iyonlar mekanik yarık kullanılarak seçilir ve yüksek verimlilik ile görüntülenmiş olan, 2-boyutlu bir dedektör polarizasyon düzlemine paralel monte. Bir dairesel polarizasyonlu (izotropik) Coulomb patlama darbe kullanıldığı için, püskürtülen iyonlarının gözlenen açısal dağılımı doğrudan darbe ışınlama zamanında kare dönme dalga fonksiyonuna karşılık gelir. Moleküler dönme gerçek zamanlı bir film oluşturmak için, bu görüntüleme tekniği femtosaniye pompa-sonda O ile birleştirilirptical kurulum hangi pompa darbeleri tek yönlü moleküler toplulukları dönen oluşturun. Nedeniyle bizim algılama sisteminin yüksek görüntü throughput, pompa-sonda deneysel durum kolaylıkla gerçek zamanlı anlık takip edilerek optimize edilebilir. Bunun bir sonucu olarak, gözlemlenen filmin kalitesi hareketinin detaylı dalga doğasını görselleştirmek için yeterince yüksektir. Biz de mevcut teknik kapsamlı değişiklikler için gerek kalmadan moleküler sistemler için yeni bir kamera açısı veya görüş açısını sunan mevcut standart iyon görüntüleme kurulumları uygulanabilir unutmayın.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

daha derin bir anlayış ve moleküllerin dinamik doğasının daha iyi kullanmak için, açıkça ilgi moleküler hareketlerini görselleştirmek için esastır. Zamana bağımlı Coulomb patlama görüntüleme bu hedefe 1, 2, 3 ulaşmak için güçlü yaklaşımlardan biridir. Bu yaklaşımda, ilgilenilen moleküler dinamik pompa ultra lazer alanı tarafından başlatılan ve daha sonra, bir zaman gecikmeli prob sinyali ile sondalandı. Sonda ışınlama üzerine, moleküller çarpın iyonize ve Coulomb itme nedeniyle fragman iyonları ayrılır. püskürtülen iyon alansal dağılımı prob ışınlama moleküler yapısı ve uzaysal bir ölçüsüdür. pompa-sonda gecikme süresini tarayarak ölçüm dizisi moleküler film yaratılmasına yol açar. Bu dikkat çekicidir ki en basit durumda - iki atomlu moleküller - püskürtülen iyonların açısal dağılımıdoğrudan moleküler eksen dağılımı (yani, kare dönme dalga fonksiyonu) yansıtır.

Pompa işlemi ile ilgili olarak, ultra lazer alanları kullanılarak moleküler hareket tutarlı kontrol son ilerleme yüksek kontrollü döner dalga paketleri 4 oluşturulması, 5 yol açmıştır. Bundan başka, dönme yönü aktif bir kutuplaşma-kontrollü lazer alanı 6, 7, 8 ile kontrol edilebilir. Nedenle, Coulomb patlama görüntüleme tekniği, örneğin pompa işlemi 9, 10, 11, 12, 13 ile birleştirildiğinde dalgalı doğa dahil olmak üzere moleküler rotasyon detaylı bir resmini, görünene beklenmektedir edilmiştir. Ancak, bazıZaman aşağıda belirtildiği gibi, mevcut görüntüleme yöntemleri ile ilgili deneysel zorluklarla karşılaşmaktadırlar. Bu yazının amacı bu zorlukların üstesinden ve moleküler dönme dalga paketleri yüksek kaliteli film yaratma yeni bir yol sunmaktır. Fiziksel etkileri ile birlikte, mevcut yöntem ile çekilen moleküler dönme ilk deneysel film, önceki yazıda 11 sunuldu. gelişme arka plan, mevcut görüntüleme tekniğinin ayrıntılı teorik yönü ve varolan diğer tekniklerle bir karşılaştırma önümüzdeki yazıda verilecektir. Burada, biz esas olarak tipik pompa-sonda optik kurulum kombinasyonu ve yeni görüntüleme cihazları dahil, prosedürün pratik ve teknik yönleri üzerinde durulacak. Bir önceki yazıda olduğu gibi, hedef sistem tek yönlü azot molekülleri 11 dönmektedir.

ana deneysel zorlukşematik olarak Şekil 1'de gösterildiği görüntüleme kurulum, mevcut dedektör pozisyonu veya kamera açısı ile bir ilgisi yoktur. Dönme ekseni lazer alanı kaynaklı moleküler rotasyon lazer yayılma ekseni 6, 7, 8 denk için, dönme ekseni boyunca bir dedektör yüklemek için pratik değildir. lazer ışınlama önlemek amacıyla dedektör takıldığında, kamera açısı dönme yan gözlem karşılık gelir. Bu durumda, tahmin edilen (2B) iyonu görüntü 14 moleküllerin orijinal yönünü yeniden imkansızdır. Bir 3D görüntü detektörü 14, 15, 16, 17, 18, 19, en iyi detektör ve iyon IMPAC hangi varış zamanı ilet pozisyonları ölçülebilir, Coulomb patlama görüntüleme 10, 12 kullanılarak doğrudan moleküler rotasyon gözlemlemek için benzersiz bir yol sundu. Ancak, lazer atış başına kabul edilebilir iyon sayıları yüksek görüntü kalitesi 14 ile moleküler hareket uzun bir film oluşturmak zor, yani 3D dedektörü düşük (genellikle <10 iyonları) bulunmaktadır. dedektörleri (genellikle ns) ölü zaman da görüntü çözünürlüğü ve görüntüleme verimini etkiler. Aynı zamanda <~ 1 kHz lazer tekrarlama oranı ile gerçek-zamanlı iyon görüntüsünü izleyerek iyi bir pompa-sonda kiriş örtüşme yapmak için basit bir görev değildir. Çeşitli gruplar 3D tekniği kullanılarak dönme dalga paketleri gözlenen olmasına rağmen, mekansal bilgi sınırlı ve / veya doğrudan, ve karmaşık düğüm yapıları da dahil olmak üzere dalga doğa ayrıntılı görselleştirme, 12, 10 elde değil edildi.

özüyeni bir görüntüleme yöntemidir Şekil 1'de "yeni kamera açısı" kullanılmasıdır. 2B detektör dönme ekseni yönünden gözlem yol dönme düzlemine paralel olduğu halde, bu yapılandırmada, bir detektör lazer ışınına maruz kalma önlenir. Yarık bir görüntü katkıda dönme düzlemi sadece iyon (lazer atımlarının polarizasyon düzlemi) sağlar. 3B detektörü daha yüksek bir sayısı oranı (tipik olarak ~ 100 iyonlar) sunan bir 2B detektör, kullanılabilir. Ölçüm verimi yüksek ise elektronik kurulumu, 3D tespiti halinde daha basittir. Zaman alıcı, Abel inversiyon 14 olarak matematiksel rekonstrüksiyon, aynı zamanda açısal bilgileri ayıklamak için gerekli değildir. Bu özellikler, ölçüm sisteminin kolay optimizasyonu ve yüksek kaliteli filmlerin üretilmesini sağlar. Bir standart 2D / 3D yüklü parçacık görüntüleme cihazı kolayca mevcut kurulum witho için değiştirilebilirpahalı ekipman kullanımını ut.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

NOT: Bu protokol sayesinde, biz aslında mevcut yöntem geliştirmek için ne yaptığını açıklamak. bölme ve optik ayar tasarım ve boyut ve parçaların türleri de dahil olmak üzere tam parametreler, her okuyucu cihaz, mevcut sistem uygulamak için gerekli değildir. prosedürlerin özü her aşamasında notlar olarak verilecektir.

2B dilim Görüntüleme Aparatı 1. İnşaat

NOT: Böyle bir vakum pompası ve bir dedektör olarak bu adımda boyunca, tüm ticari parça ve ekipmanları, üreticinin talimatlarına veya kullanıcının el göre monte edilir.

  1. Tipik bir 2D / 3D iyon görüntüleme aparatı 14, tasarım yapımında olduğu gibi ve darbeli vana, moleküler ışın Sıyırıcılarımız, iyon optik (50 mm, 100 mm halkaları bir yığın karşılamak için yeterli alana sahip bir diferansiyel pompalanan vakum odasını kurmak delik), bir off-eksenli iyon görüntüleme ünitesi (apulsed repeller elektrot ve bir fosfor ekran tarafından desteklenen mikrokanal plakalar) bir yığın, bir iyon uçuş tüp (> 200 mm sapma bölge).
  2. bölüme cıvata delikleri odasına eşmerkezli olan dört dişli mesajları (15 cm, Φ12 mm) kullanılarak haznesi bölüme darbeli valfi takın. doğrudan tutmak plaka kullanılarak memenin önünde odası bölümüne moleküler ışın Sıyırıcılarımız takın.
    Not: bir iyon görüntüleme aparatının yapımında, moleküler ışın ekseni ve lazer ışını ekseni iyon optik ekseni kesişmektedir esastır. Bu amaca ulaşmak için, bir kaynak bölümüne ekseni olarak moleküler demet ekseni tanımı için uygundur. Aşama 1.2 Bu amaç için. Buna ek olarak, skimmer delikleri moleküler kirişlerin merkezi skimmer ile diferansiyel pompalanan sahne girebilirsiniz sağlanması, vananın memesi ile uyumlu olmalıdır. Darbeli vana ağırlığını dikkate almak da önemlidir; Bu nedenle, yeterli kalınlıktadişli mesajlar bölme duvarına darbeli vana bağlamak için kullanılmalıdır. Gaz ve skimmer girişim 20 yansıma etkisini önlemek amacıyla meme ve bölüm arasında 15 cm mesafeyi koruyun.
  3. Tipik bir iyon görüntüleme kurulumu 21 gibi farklı olarak pompalanan odasının son aşamaya iyon optik takın.
    Not: dişli bir montaj çubuklarının delinmesinde oda, bölme vidalanır aşağıdaki gibidir: Bu adım gerçekleştirilir. yazılarda, iyon optik bir yığın fındık ile yerine kilitlenir. Yayınlar için cıvata delikleri bölmeye eş için, iyon optik ekseni molekül kiriş ile örtüşmektedir.
  4. Bu lazer darbeleri moleküler ışın kesiştiği böylece, bir delik ve bir pencere ile bir vakum flanş arasındaki P16 O-ring koyarak optik cam pencereler (1 mm kalınlık, 25 mm çap, erimiş silika) takın.
    Not: Bu pencere sayesinde, lazer darbeleri middl erişebilirsinizve iyon elektrot, birinci ve ikinci e iyonu optik eksenini kesecek.
  5. Bir off-eksenli iyon görüntüleme ünitesini (Şekil 2) Construct.
    Not: Bu adım boyunca, birim 3-boyutlu bir düzenlemeyi doğrulamak için Şekil 2'ye bakın. diğer parçalar paslanmaz cıvata ile monte ederken tüm elektrot parçaları (iyon dedektörü ve kovucu), PEEK cıvata ile 100 mm taban plakası monte edilir. özü onun dedektör yüzeyi lazer yayılım eksenine iyon optik eksenine paralel ve dik olacak şekilde iyon sürüklenme bölgede 2B görüntüleme dedektörü monte etmektir. Tabii ki, bütün parçalar elektriksel olarak izole olmalıdır yüksek gerilim kullanılır. Biz iyon optik (uçuş) eksen ve dedektör yüzeyi arasındaki mesafe (mevcut davada, 5 mm) bir kaç mm öneririz. daha uzun bir mesafe ile, bir dedektöre iyonlarını itmek için daha fazla zaman alacak ve daha kısa mesafe MCP ler arasındaki deşarj neden olabilir, sert bir ve darbeli repeller.
    1. Optik mikroskop (~ 30X) ve / veya optik karşılaştırıcı ile yarık bıçakları (100 mm uzunluk) kenarını gözlemlemek ve hiçbir ezik ya da çizik yarık bıçakların kenarında bulunan daha büyük 30 mikron olduğunu onaylayın.
      NOT: Yarık bıçakları paralel olarak monte edilmiş ve hiçbir çizikler kabul edilebilir olmalıdır. paralel sapma iyon tespiti homojen olmama durumuna yol açar. Bıçağın bir kusur gözlemlenen görüntü (tartışma bölümüne bakınız) alçaltır.
    2. düşük montaj pençeleri kullanarak, clothespin olarak, bir yay ile bağlı 122.4 mm'lik alüminyum levha, bir çift oluşur kesme bıçağı tutucusu, yarık bıçakları takın. Ayrıca içine konik alüminyum çubuk yerleştirin "elbise pin."
      NOT: Yarık bıçakları clothespin bir topuz tarafı (çaba noktası) üzerine monte edilir. sivriltilmiş bir kalem benzeri bir şekle sahip bir konik alüminyum çubuk clo kıstırma tarafına (eylem noktası) takıldığındathespin, yarık genişliği konik çubuk derinliği ekleme artan büyür (Şekil 2B bakınız). yarık yapımı için olan 1.5.2-1.5.4 adımları, genişliği, görüntüleme ölçüm sırasında ayarlanabilir. genişlik ayar gerekli değildir, sadece metal pençeleri gibi uygun montaj parçaları kullanarak dedektörü iyon demetinin yukarı ~ 10 cm yarık bıçak yüklemek ve 1.5.5 adıma gidin.
    3. doğrusal hareket vakum besleme oluğu (mikrometre / körük tabanlı, ICF70 boyutu) konik alüminyum çubuk takın ve Geçmeli vakum yan düzlemine yarık tutucu ve taban monte edin.
    4. Dedektör eksenine ve iyon uçuş eksenine hem dik bir ICF70 vakum portu üzerine yukarıda inşa yarık birimini takın.
      NOT: pozisyon ~ detektörün merkezinde iyon demetinin yukarı 10 cm.
    5. Bir mikrometre kullanarak 1 ± 0.1 mm yarık genişliği ayarlayın.
      Not: Örneğin, bir 1 mm yarık kullanımı 50-mm Newton küre (iyon bulutu) standart dilim tekniğine 22 daha çözünürlükte yüksek% 2 dilimleme, karşılık gelir. Yarık genişliği dilim çözünürlüğünü belirler; Ancak, küçük genişlikleri zayıf sinyalleri yol açar.
    6. Şekil 2'deki gibi, dikdörtgen (115 mm x 160 mm x 3 mm), paslanmaz plakasının darbeli kovucu elektrot takın.
      Not: darbeli kovucu aralarındaki darbeli elektrik alanının homojenliği sağlamak için detektöre paralel olmalıdır.
    7. bir fosfor ekran tarafından desteklenen mikrokanal plakalar istifinin oluşan bir konum duyarlı iyon detektörü yükleme Bu darbeli kovucu paralel olacak şekilde; standart montaj prosedürü 14, 23 izleyin.
    8. fosfor ekranın arkasına bir bakır conta ile bir flanşlı vakum viewport'un takın.
  6. yüksek gerilim güç kaynakları iyon optik ve deterjanları parçaları telctor (darbeli repeller, mikrokanal plakalar ve fosfor ekranı) yüksek gerilim malzemeleri darbeli akım beslemesi kullanın yoluyla (~ 50 ns / sonbahar yükselme zamanı).
    NOT: Bakım kabloları görünüm ile fosfor ekran gözlem kesmeyin sağlamak için önlemler alınmalıdır.
  7. Paslanmaz boru ile ve kaplanmış bakır teller bir çift vana kontrolöre (3 MPa'lık toplam basınçta He içinde% 3 N2 gazı) gaz girişine darbeli valf bağlayın.
    NOT: Her iki bağlantı vakum beslemesi kullanın geçer.
  8. Atımlı vana çalışırken bile, vakum pompalar açın ve görüntüleme dedektörü odasının daha düşük 10 -4 Pa baskısını ayarlayın.
    NOT: Daha yüksek bir basınç yüksek gerilim elektrot ve detektörlerin hasara yol açabilir. basıncı yüksek olduğunda, daha büyük bir pompa veya valfın tekrarlama oranı azaltılması gereklidir. Mevcut odası ve darbeli vana, bir Rotati bir azot moleküler ışın kullanılarak6 K altına Önal sıcaklık 11 oluşturulabilir. Bu dönme sıcaklıkta, moleküllerin% 99 (J dönme kuantum sayısı) J ≤ 2 durumdadır.

Bir Pompa prob Optik Kur 2. İnşaat

NOT: Bu adımda, nerede ve nasıl aşağıdaki adımlar gerçekleştirilir anlamak için Şekil 3'e bakınız. Pompa-sonda deney 11 safir lazer amplifikatör: Bu adımın amacı ticari bir Ti üç collinear fs darbeleri oluşturmaktır. İlk sinyal molekül hizalama için olduğu (doğrusal polarize, 820 nm dalga boyunda merkezi tepe yoğunluğu <30 TW / cm2), ikinci düzlemsel polarizasyon +45 haricinde, yön kontrol (ilk gecikmiş bir yineleme oldu °) ilk sinyalin polarizasyon ekseninden eğik ve üçüncü Coulomb patlama görüntüleme probu (dairesel polarize, 407 nm, 1 oldu 00 fs 600 TW / cm2). Bu adımda boyunca, böyle bir kutuplaşma denetleyicisi ve optik aşama olarak tüm ticari parça ve ekipmanları, üreticinin talimatlarına veya kullanıcının el göre kurulup kullanılmaktadır.

NOT: Bu adımda boyunca, tüm optik bileşenlerin standart optik deneyler usul ve optik için üreticinin kılavuzuna göre monte ve kullanılmaktadır. Kullanılan tüm dönüm ve dikroik aynalar optik yol birçok yansımaları sırasında lazer güç kaybını önlemek için dielektrik katmanlı aynalar vardır. kullanılan optik ve kristallerin bazıları bu yazı için malzeme listesinde gösterilir.

  1. Sistem ve fazla 1,5 mJ / darbe bir ~ 35 fs süreli bir lazer çıkışı, bir 820 nm dalga boyunda merkezi ve 500 Hz tekrarlama oranı elde: femtosecond lazer (safir amplifikatör Ti) çevirin.
  2. Prob (görüntüleme) darbenin bir optik yol hazırlamaEF "> 10, 11, 12.
    1. ikinci harmonik (> 0.2 mJ) elde etmek için 820 nm optik yolunda bir doğrusal olmayan kristal (bir 820-nm ışık ikinci harmonik nesil BBO, tip I, 0.2 mm kalınlık, 29.2 °) yükleyin temel 820 nm lazer çıktı. o dikroik aynalar ile yansıtılır ve temel 820 nm ışık ayrılır sonra sonda darbe olarak üretilen ikinci harmonik (407 nm ışık) kullanın.
    2. Şekil 3'te mavi çizgi ile gösterildiği gibi, bir optik yol oluşturmak. ışın direksiyon ayna bağlar kullanarak, adım 1.4 yüklü iki pencere merkezinden geçmesi için bu ışını hizalamak.
      NOT: anahtar bileşenleri bir zayıflatıcı (yarım dalga plakası ve polarize kombinasyonu) oluşur, gecikme tarama için motorlu bir doğrusal aşama ve polarizasyon ayarı için dalga düzlemlerinin.
  3. Pompa (rotasyonel ex için bir optik yol hazırlayınatıf) 24, 25, 26 bakliyat.
    1. Şekil 3'te kırmızı çizgi ile gösterildiği gibi, bir optik yol oluşturmak ve zaman ve kutuplaşma ayarlanabilir fs puls çifti elde edin.
      NOT: dikroik ayna çıkarılacağını adım 2.2.1 ikinci harmonik nesil sonra kalan 820 nm darbe (~ 1 mJ), bu pompa darbeleri oluşturmak için kullanılır. Her pompa darbesinin tipik darbe enerjisi 0.25 mJ olduğunu. anahtar bileşenleri bir zayıflatıcı (yarım dalga plakası ve polarize kombinasyonu), 50:50 ışın ayırıcı, zaman gecikme ayarı için manuel doğrusal aşama, polarizasyon ayarı için dalga düzlemlerinin ve spot-boyutu için bir teleskop oluşur optimizasyonu.
    2. Optik yol ayna bağlar eğimini ayarlayarak, paralel ve orta adımda 1.4 yüklü iki pencere merkezinden geçmesi yapmak için pompa kirişlerinin çifti aynı hizaya getirin.
      NOT: doğrulamak için bu, birhizalama aracı, bağlı grafik kağıdı bir alüminyum blok kullanılır. aracı bir optik tablonun vurdu deliği kullanılarak yüksek tekrarlanabilirlik ile aynı pozisyonda yerleştirilebilir. doğrultusunda iki vida delikleri paralel yolun bir kılavuz olarak seçilir. hizalama aracı seçili deliklerden birine konumlandırılmış onlar hizalama aracı aynı noktaya isabet böylece kiriş hizalanır. kiriş hem hizalama aracı pozisyonlar için aracın aynı noktaya isabet kadar aracın konumlandırma ve kiriş uyum tekrarlayın. Optik tabloda vida delikleri yüksek hassasiyet doğrultusunda olduğundan, bu işlemler paralel kirişler yaratılmasına yol açmaktadır.
  4. Bakliyat polarizasyon durumlarını ayarlayın.
    1. lazer darbeleri denetleyicisi dedektörü isabet böylece bakliyat odasına girmek hemen önce bir kutuplaşma denetleyicisi takın.
    2. Her Opti monte rotasyonel optikler kullanılarak dalga düzlemlerinin açısını ayarlamakcal yolu. dairesel polarize prob nabız, dikey polarize ilk pompa nabız ve doğrusal polarize ikinci pompa darbe alın; İkinci pompa için, birinci pompanın bundan polarizasyon düzlemi 45 ° yatırın.
      NOT: Bir polarizasyon denetleyicisi kullanımı ile, her bir darbe polarlanmasında polar açıya bağlı iletim yoğunluğu olarak görselleştirilebilir. dairesel polarizasyon elde edilmesi için, örneğin, bir izotropik bir görüntü elde etmek için dalga plakası açısını ayarlamak.
    3. optik yoldan polarizasyon denetleyicisi çıkarın.
      NOT: İlk pompa yön tanımlanmamış rotasyon 4, 9, 10 başlatır. Anlık moleküler hizalanma zamanda, ikinci pompa, bir asimetrik tork oluşturmak için ve tek yönlü rotasyon 12, 13 başlatmak için tuttu edilir. Bir dairesel polarize prob darbe th iyonize yanapolarizasyon düzleminde açısal tercih olmayan e molekülleri, bir açı oluşturacak şekilde dağılımı ölçümü için uygundur.
  5. Her darbenin zamansal örtüşme bulun.
    1. (820 nm ışık üçüncü harmonik oluşumu BBO, 0.2 mm kalınlık, tip 2) doğrusal olmayan bir kristal, oda pencere toplamı ile aynı kalınlıkta (yaklaşık 3 mm) olan bir optik pencere takın (1 mm) ve odaklama dışbükey lens (2 mm) ve bir dağılım prizma bakliyat odasına girmek hemen önce.
      NOT: pompa-sonda deneyinde zaman sıfır (pompa ve prob darbe zamansal örtüşme) belirlemek için standart bir prosedür pompa ve prob darbe hem aynı anda orta ile etkileşim yalnızca gözlenen bir doğrusal olmayan yanıt tespit etmektir . Burada, doğrusal olmayan kristal 407 nm prob darbe zamansal örtüşme ve 820 nm pompa darbe bir 267 nm oluşmasına sebep olur. Biz va kirişlerin zamansal örtüşme tahmin etmek zorundacuum odası bakliyat bölmeyi (ve odaklama lensi ve oda penceresini) girmeden önce adım 2.5.1 yapılırken. Bu nedenle, oda pencere ve toplar mercek tarafından eklenen zaman gecikmesi telafi etmek için, 3 mm'lik bir optik pencere yüklenir. İki pompa ve bir prob pencere ve ardından kristal geçmesine ve onlar daha sonra bir prizma tarafından dağıtılır. beyaz-mavi floresan olarak 267 nm üçüncü harmonik nesil tespit etmek için prizma sonra beyaz bir kâğıt yerleştirin. Burada belirtilen tüm kısımlar, bir optik tutucuya monte edilir.
    2. Bir ışın damper ile Şekil 3'te pompanın 2 çizgisini engelleyin.
    3. bir sahne denetleyicisi hareket düğmesine basıldığında, motorlu sahne tarama ve bir 267 nm nesil bulmak.
      NOT: Pompa ve sonda darbelerinin optik yol uzunluğu lazer atımlarının süresi içinde aynı olduğunda, üçüncü harmonik sinyali belirir. Bu aşama, konumu, saat 0 olarak kabul edilir sırasında pompa ve her ikiprob aynı anda molekülleri vuran.
    4. Blok pompası 1 ve engelini kaldırmak pompa 2 (ışın damperli kaldırın).
    5. Pompa 2 hat takılı mikron tabanlı manuel sahne tarayın ve 267 nm emisyon meydana geldiği pozisyon bulmak.
    6. kristal, pencere ve optik hattan prizma çıkarın.
      NOT: Bu aşamada, üç bakliyat geçici lazer süreler içinde moleküler ışın bindirilir. kurulum zaman çözünürlüğü izleme ve sonda yolunda motorlu sahne tararken 267 nm enerji çizerek bir çapraz korelasyon olarak ölçülebilir. Mevcut kurulumda, korelasyon fonksiyonunun yarı maksimum tam genişlik ~ 120 fs olduğunu. darbe genişliği, ikinci harmonik yüksek güç çıkışı elde etmek optimize edilmiştir. ikinci harmonik nesil sonra, bakliyat bir cıvıltı yol cam mercekler, dalga düzlemlerinin, dikroik aynalar, polarize ve bölme pencereden geçer. grup gecikmesi dağıtıcıları Çünkü400 nm bölgesinde malzeme yon 800 nm bölgede, bir sonda yolu iletim optik en aza indirmek çok daha büyüktür. bir şekilde daraltılmış ayna sistemi de dahil olmak üzere zaman çözünürlüğü, dağılım yönetimini geliştirmek için yardımcı olacaktır.

Bir Ölçüm Sistemi 3. Kur

NOT: Bu adımda boyunca, böyle bir güç kaynağı ve gecikme jeneratörler gibi tüm ticari olarak mevcut parça ve ekipmanları, üreticinin talimatlarına veya kullanıcının el göre kurulup kullanılmaktadır.

  1. Darbe senkronizasyonu
    1. hızlı bir frekans bölücü ile 500 Hz bir femtosaniye osilatör 80.8 MHz çıkışını bölün ve dijital gecikme jeneratörü 1 ve fs amplifikatör tetiklemek için bu bölünmüş çıktısını kullanabilirsiniz.
    2. atımlı vana için bir tetikleyici olarak gecikme jeneratör 1 gecikmeli çıkışların birini kullanın.
      NOT: kabul edilebilir Vacu korumak için vana tekrar hızını sınırlamaum koşulları (örneğin en az 10 -3 Pa). Bu durumda, 250 Hz değerini ayarlayın.
    3. kirişler odasına çıkmak ve dijital gecikme jeneratörü 2 için bir tetikleyici olarak bu diyotun çıkış kullanmak hemen sonra 400 nm iletim filtresi ile donatılmış hızlı bir fotodiyot yükleyin.
      NOT: prob darbe iyon görüntüleme elektroniği için bir süre kökenli olarak kullanılır.
    4. koaksiyel kablolar ile dijital gecikme jeneratörü 2 üç yüksek gerilim anahtarları bağlayın.
  2. Tüm yüksek voltajlı güç kaynakları açın ve açılır.
  3. Hedef değerler gerilimi artırmaktadır.
    NOT: Hedef gerilimler aletin büyüklüğü ve ilgi sistemine bağlıdır. Mevcut durumda tipik değerler Şekil 1 yazısı gösterilir. Bozulmamış görüntüler elde etmek için, önyargı gerilimler ince ayar 13 gereklidir (adım 4.1.7 bakınız). gerilim değeri hızlı bir artış, boşaltma neden olabilirya elektronik sisteme zarar. Bu günlük kullanım için daha az, 100 V / s artış ve vakum içinde ilk kullanım için, 100 V / 300 s bir artış önerilir.
  4. Kurulum ve görüntüleme kamera konumlandırma
    1. Adım 1.5.5 ayarlanan vakum görünümün önündeki optik yazı üzerine bir f = 25 mm kamera lensi ile donatılmış bir dijital kamera takın. Kamera eksen dedektör yüzeyine dik olduğundan emin olun. görünüm kat seviyesine dik olduğu için, kat göre yatay olarak kamera tabanını aynı hizaya getirmek için bir su seviyesi kılavuzunun kullanımı.
      Not: konumunda ince ayar daha sonraki bir aşamada yapılır.
    2. Rüzgar arka kamerayı vurur, böylece kamera için bir soğutma fanı takın.
    3. Böyle ortam oda aydınlatması gibi istenmeyen ışık, kamera girmez, böylece bir perde ile kamera lensi ve vakum görünüm arasındaki bölgeyi kapsar.
    4. Fotoğraf makinesini bilgisayara bağlayınUSB 3.0 portu üzerinden.
    5. kamera kontrol yazılımını başlatın ve yazılımın kazanç kontrol bölümünde maksimum değer girerek kamera kazancı maksimize.
    6. tipik 1.200 x 750 piksel görüntü boyutunu ayarlayın.
      NOT: Daha büyük resim boyutu daha yüksek çözünürlük neden olsa da, USB 3.0 portunun veri hızı kabul edilebilir kare hızını sınırlar. Mevcut ayarlarda, 250'den fazla fps her gaz darbe yükleme (250 Hz) için bir görüntü elde etmek için yeterince yüksek olduğu elde edilebilir.
    7. "Kepçe" butonuna tıklayarak kamera ile fotoğraf çekmeye başlamak. görüntü 2D dedektörün tüm alanı kaplayacak şekilde elle kameranın konumunu ayarlamak. Kamerayı Fix cıvata ile monte edilir.
    8. Parlak iyon nokta boyutu minimum olması için gerçek zamanlı çekilen görüntü izleyerek, kamera lensinin odak halkasını ayarlayın.

4. Ölçümler

NOT: Beni Burada kullanılan asurement yöntemi rapor edilen prosedürlere 14, 27 ve bu görüntüleme kurulum bir kombinasyonudur. Bu adımda boyunca, yüksek gerilim elektronik olarak tüm ticari parça ve ekipmanları, üreticinin talimatlarına veya kullanıcının el göre kurulup kullanılmaktadır.

  1. Iyon görüntüleme ayarlarını sinyali bulma ve optimize
    1. Bir ışın damper ile optik sistemin pompa darbeleri engelleyin.
    2. İlk ve iyon optik ikinci elektrotların ortasında, moleküler kirişe prob lazer darbe odaklanmak için bir dışbükey lensi (f = 120 mm) yükleyin.
    3. Mevcut gaz koşulu 14 altında büyük sinyal yoğunluğu sağlayan N2 + iyonu, tahmini varış süresi (dijital bir gecikme jeneratör çıkışı) yüksek gerilim anahtarları saati ayarlayın,s = "xref"> 27.
      NOT: varış süresi 28 iyon hedefin kütle-ücret oranı ile birlikte, iyon optik önyargılar ve uçuş mesafeden tahmin edilebilir. Aksi takdirde, bir zaman tarama bir sinyal tespit edilmesi için diğer bir çözümdür.
    4. iyon görüntüsünü izlerken, bir xyz sahne ve gaz darbe süresi (bir dijital gecikme jeneratör çıkışı) ile mercek konumunu ayarlamak ve en büyük sinyal (en parlak ve en büyük resim) kazanır.
    5. Coulomb yüksek gerilim anahtarları saatini değiştirmek N 2+ kanal 14, 27 patladı.
      NOT: N 2+ kitlesel için şarj oranı N2 + daha dört kat daha küçük olduğu için, N 2+ gelişi süresi N2 + daha neredeyse iki kat daha hızlıdır.
    6. ~ 20 fps kamera kare hızını azaltmak ve 50 ms maruz kalma süresini artırın.
      NOT: With buAyar, kamera görüntüsü 12 gaz darbe yükleri için sinyal içerir. Bu bazı iyonların örtüşme neden olsa da, biz kolayca değerlendirmek ve iyon dağılımı kaba şeklini tanıyabilir.
    7. gözlenen iyon dağılımı bir bozulmamış elips olması için iyon optik önyargıları ayarlayın.
      NOT: Bu düzenleme 29, 30 ilk ve düşey yönde (iyon optik eksen) uzama ikinci elektrotlar sonuçlar arasındaki önyargı farkı azaltılması. Üçüncü veya sonraki bir optik şekli ince ayarı için kullanılır. elips bozulma görüntüsünden yeniden açısal çözünürlük düşürür.
  2. Bir pompa-sonda mekansal örtüşme bulma
    1. Bir ışın damper kaldırma pompası 1 engelini kaldırmak, ancak pompayı 2 bloke tutun.
    2. moleküler ışın pompa darbesinin ışın bel bulmak için teleskop ayarlayın.
      NOT: Do not chaprob darbe için optimize edilmiş bölme pencerenin önünde odaklama lens nge konumu.
      NOT: Bu prosedür, bu vakum odası butonu hemen önce atmosfer basıncı altında boş alana lazer ışınlarını yansıtan ile gerçekleştirilebilir. Aynı giriş lens için odak uzunluğunu ölçerek, teleskop optimize edilebilir.
    3. Dikkatle 1 (Şekil 2) monte yüksek çözünürlüklü ayna ile pompa ışınının nokta konumunu ayarlamak ve bağlı pompa-sonda örtüşme iyon görüntüde gelişmiş sinyal bulmak. Önce ya da sonra, t 600 mikron ileri bir gecikme sahne hareket ettirerek ~ 4 ps ayarlanır. Pompa 1 kutuplaşma boyunca kuvvetle anizotropik görüntüyü bulun.
      NOT: Zaman örtüşme kabaca adım 2.5 optimize Çünkü, sadece mekansal örtüşme ayarlı olması gerekir. dönme sabit veya dalga paketi dinamikleri hedef molekül için biliniyorsa, alternatif bir seçenek, bir instantaneou prob gecikmesini ayarlamak içinMoleküler hizalama zamanı. Örneğin, Δ t pompa ve sonda darbe arasındaki zaman farkı ve B Hz 10, 11 rotasyonel sabit Δ t ~ 2/1 B de meydana gelebilir. N2 için ~ 8.3 ps. Böyle bir zamanda, pompa-sonda mekansal örtüşme pompası polarizasyon yönünde maksimum (mevcut durumda dikey) ve dikey eksende az gösteren iyon dağılımına yol açar. Δ t ~ 0 elde edilen brüt donanıma göre böyle bir hizalama imza bulmak daha kolaydır. Δ t değişen ile ilgili olarak, ışık hızına bağlı olarak, not, sahnenin, bir 5 um hareketi ~ 33,356 fs karşılık gelir.
    4. Blok pompası 1 ve engelini kaldırmak pompası 2.
    5. Tutarken pompa 2. için yineleyin 4.2.3 (Şekil 2) yüksek çözünürlüklü ayna 2 monte ayarlayarak pompa 2 için bir pompa-sonda üst üste buldeğişmeden pompa 1 optik yol.
      NOT: hizalama zaman hizalama zaman ayarlanır eğik doğrultusu boyunca görülmektedir böylece pompanın 2 kutuplaşması eğik olduğundan emin olun.
  3. Kısaca tek yönlü rotasyon dinamikleri gözlemlemek
    1. Engellemeyi kaldır pompa 1. hizalama zaman pompa 1 ve 2 arasında gecikme süresi ayarlayın (örneğin, bir N2 durumda 10, 11 4.0 ps) Şekil 2'de manuel gecikme aşaması 1 ile.
    2. Sonda gecikmesi (motorlu veya manuel sahne ile) taranır olarak tek yönlü rotasyon kamera görüntülerinden tespit edilebilir olup olmadığını belirlemek için kontrol edin.
      Not: Yukarıdaki tüm işlemler de gerçekleştirilmektedir zaman, bir prob gecikme taranır olarak parlak bölge sorunsuz bir yönde döndüğü görüntüleri görebilirsiniz. Böyle bir film görülemez ise adımları dikkatle 4,1-4,2 tekrarlayın. op sürüklenme etkisikortikal bağlar bazen ışın örtüşme düşürür.
      Not: ışık hızına göre sahne, bir 5 um hareketi ~ 33,356 fs karşılık gelir. sadece gözlem amacıyla, yukarıda belirtilen işlemleri yeterlidir. kayıt ve hareket detaylı analiz için aşağıdaki adımlara geçin.
  4. Kurulum ölçümleri
    1. 250 fps kamera kare hızını artırmak ve ~ 4 ms maruz kalma süresini azaltmak.
      NOT: Bir kamera çerçevesi bir lazer atış / gaz darbe yüklemesi için bir görüntüye karşılık gelir.
    2. , Aletleri kontrol görüntüleri yakalar ve analiz eder ve verileri görselleştiren ölçüm programını başlatın.
    3. yürütmek düğmesini tıklatın ve pompa kirişler bloke ederken 1000 görüntü yakalamak.
    4. Nümerik bir elips ile toplanır görüntüyü sığdırmak ve elipsliği ε ve elips merkezi (x 0, y 0) edinin.
      NOT: Bir ham görüntü hanedeniyle Coulomb patlamanın birden fazla kanal birden fazla elips s, ilgi bölgeyi sınırlayan ve sadece elips birini kullanın.
    5. Pompa ışınları bloke ederken 100.000 görüntüleri yakalayabilir ve bir prob-sadece referans olarak elde görüntüyü kullanın.
      NOT: prob sadece referans görüntü sinyal-gürültü oranı açısal dağılım kalitesini etkiler. Bu nedenle, nispeten uzun bir ölçümü (~ 400 s) bu aşama için alınır.
  5. Tek yönlü moleküler dönme bir film çekimi
    1. Pompa kirişler engellemesini kaldırın.
    2. Negatif bir değer prob saati ayarlayın (t ~ -100 fs; yani pompa kirişler önce).
    3. Aşağıdaki adımları içeren ölçüm döngü, Başlat
      1. Bir görüntü yakalamak. Merkez kütle her parlak iyon nokta koordinatı ve diğer piksel 27 toplu koordinatların merkezine ve "0" "1" atayarak görüntüyü binarize bul
      2. "Görüntü sayısını" 10.000 programın giriş kutusuna ayarlayarak 10,000 kamera çerçeveler için ikilileştirilmiş görüntüleri Sum.
        NOT: doygunluk etkisini önlemek 16 bite özetlenebilir görüntünün görüntü derinliğini ayarlamak için.
      3. Adım 4.4.4 belirlenen ε kamera kutupsal (x, y) koordinat dönüştürme ekliptiğinde kullanarak koordinat.
        Not: Bu, aşağıdaki gibi işlem tamamlandıktan: İlgili, eliptik bölgesinde, (x, y) göreli polar koordinatlara dönüştürülür tüm piksel koordinat aşağıdaki denklem kullanılarak Φ:
        denklem 1
        NOT: bir çevreye elips dönüştürme Bu adım dikey görüntü genişleme eşdeğerdir.
      4. Açısal bağımlı sinyal yoğunluğu kökenli mesafe olarak işaretlenmiş olan bir kutupsal elde edilen görüntü dönüştürün.
        NOT: Angle bağımlı olasılığı P (Φ), aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanır:

        denklem 2
      5. prob sadece referans o bölünerek, kutup arsa normalleştirmek.
        Not: Bu adım sonda darbe eksik dairesel polarizasyon ve görüntüleme dedektörü homojen olmayan durumlar hem kalibre eder.
      6. ~ 33,356 fs ileri sonda zaman hareket ettirin.
        Not: Prob bir zaman 33,356-fs kaydırma motorlu doğrusal platform bir 5 um hareketine karşılık gelir.
    4. En az bir rotasyon canlanma süresi, 1/2 B (~ N2 8.3 PS) kadar döngü devam pompa 2 saatten sonra geçirilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Şekil 4A bir prob lazer atış için alınan N 2+ sonda ışınlama (Coulomb patlama) üzerine atılır iyon, bir prob-sadece ham görüntü gösterir. Her parlak nokta bir iyon karşılık gelir. Şekil 4B 10.000 çiftlendirildi ham kamera görüntülerinin bir özetlenebilir görüntü gösterir. Bu görüntüler, görüntü ayarları polarizasyon düzleminde tüm oryantasyon açıları molekülleri izleyebilirsiniz göstermektedir. Şekil 4C, Şekil 4B'deki karşılık gelen normalize polar grafiğini göstermektedir. Dönme kontrolü (pompa) nabız yoktu, çünkü dağıtım (Şekil 4C bir daire gösterir) izotropik olduğunu.

Şekil 4B'de, dedektör homojen dolayı, küçük bir kusur, elips alt görülebilir. Bu tür bir hata her görüntünün aynı konumda gösterilir. Bu nedenle, bu cBir bir sonda yalnızca görüntü (adım 4.5.3.7) ile gözlenen görüntülerin normalleştirilmesi tarafından telafi edilebilir.

İki pompa bakliyat ışınlama sonra alınan anlık seçilen 5 gösterileri Şekil. Yani, sadece gözlenen iyon görüntülerini anlayışı geliştirmek değil, aynı zamanda gelen kutup araziler ve "dambıl" model resimleri prob zamanın bir fonksiyonu olarak gösterilmiştir. kutup araziler adım 4.5.3.5 oluşturulur. dambıl resim çeşitli oryantasyon açıları halter bir çakışan görüntü ve ağırlıkları (opaklık) gözlemlenen açısal olasılıklar vardır. görüntülerin sırası tek yönlü moleküler dönme net bir film oluşturur. hareket dalga doğası "X" -Shape oluşumu da dahil olmak üzere karmaşık düğüm yapıları ve dağılım olarak görülebilir.

Şekil 6 hasarlı yarık ve ap ile çekilen bir iyon görüntüyü gösterirBir tarak ile yarık kenarının hotograph. Küçük bir kusur büyük oranda gözlenen görüntüyü etkiler. Böyle bir durumda, tekrar adım 1.5 gereklidir. Bu durum aynı zamanda tartışma bölümünde ele alınmıştır.

Şekil 7 optimize pompa-sonda örtüşme durumuna ham kamera görüntüsünü gösterir. Böyle bir kiriş üst üste binme sinyal izleyerek, optik yol optimize edilebilir. Bu, Şekil 5'te olduğu gibi, açık bir filme neden olur.

Şekil 1
Şekil 1:, pratik tipik ve yeni konfigürasyonlarda kamera açıları kavramsal şeması. Tipik kamera açısı olarak, bir dedektör lazer maruz kalmasını önlemek için yüklü, ancak iyonların fırlatma açıları 2B yansıtılan görüntüden yeniden edilemez. Mevcut, yeni kamera açısı olarak, dönme düzlemi (lazer polarizatİyon düzlemi) dedektör yüzeyine paralel ve bu nedenle dönme hareketi görselleştirmek için uygundur. Tipik ön-gerilim voltajlarında 2500 V, 1.799 V 1.846 V 253 V, 0 V, 3500 V, -800 V ve iyon optik, 1, 2, 3, 4 4.500 V ve 5, darbeli Kovucu, mikrokanal tabaklar sırasıyla ve fosfor ekran. iyon optik numaralandırma alt elektrodun başlar. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

şekil 2
Şekil 2: 2B görüntüleme ünitesinin şematik diyagramlar. (A) detektör düzeneğinin şematik diyagramı. turuncu renkli bir daire plaka diğer kısımları civata ile monte edildiği bir taban plakası olduğunu. (B) yarık montaj şeması. sağ resimyarığın hareket açıklar. boyutu değerleri mm'dir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3: Mevcut pompa-sonda optik kurulum şeması. Prob (görüntüleme) darbenin mavi çizgi ile gösterilmektedir, dönme uyarılması için pompa darbeleri optik yollar, kırmızı çizgilerle gösterilmiştir. NLC, ikinci harmonik üretimi için doğrusal olmayan kristal; HWP, yarım dalga plakası; QWP, çeyrek dalga plakası; DM, dikroik ayna; BS, 50:50 ışın ayırıcı; HRM: Yüksek çözünürlüklü ayna monte edin. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

ithin-page = "1"> Şekil 4,
Şekil 4: Ham ve Coulomb iyon görüntüleri patladı analiz. (A) N tipik bir ham görüntü 2+ bir sonda çekim için alınan. (B) 10.000 çiftlendirildi kamera görüntüleri için özetledi görüntü. Kamera görüntünün boyutu 1200 x 750 piksel. İlgili gerçek uzay boyutu 80 mm x 50 mm 'dir. (C) özetlenebilir görüntüden inşa normalize kutup arsa. ham ve toplanır görüntülerde, yanlış renk sinyali yoğunluğunu göstermek için eklenmiştir. derece polar açıları çevresi boyunca gösterilir. radyal değer bir açı bağımlı olasılık (keyfi ünite) 'dir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

4917fig5.jpg "/>
Şekil 5: lazer kaynaklı dönme dalga paketi dinamikleri Seçilmiş anlık. Her bir zaman gecikmesi, üst panel elips şekli bir çevreye dönüştürülmüş olan iyon görüntüsünü göstermektedir. orta panel mukabil kutup grafiğini göstermektedir. alt panel açısal dağılım dambıl modelini göstermektedir. Bu dambıl resim çeşitli oryantasyon açılardan halter bir çakışan görüntü ve ağırlıkları (opaklık) gözlemlenen açısal olasılıklar vardır. Kutupsal Şekil 4'te aynı birim ve ölçek kullanılır. İyon görüntü aşama 4.5.3.4 olarak, transforme edilmiş koordinatları kullanmaktadır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 6,
Şekil 6:Deneysel iyon resmin üzerine yarık defekti etkisi. Hasarlı yarık ile çekilmiş (A) Gözlemlenen prob sadece N 2+ iyon görüntüsü. Bir alt-mm'lik göçük olan yarık kenarının (B) Fotoğraf. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 7,
Şekil 7: optimize pompa-sonda örtüşme koşullarında Ham kamera görüntüsü. Sonda süresi 4,0 ps ilk pompa darbe ışınlama sonrası = t ayarlanır. Bu zamanda, moleküler hizalanmanın azami derecede elde edilir. Kamera görüntünün boyutu 1200 x 750 piksel. İlgili gerçek uzay boyutu 80 mm x 50 mm 'dir. lütfen tıklayınBurada bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Mevcut prosedür yarık tabanlı 2D görüntü ayarı ile moleküler dönme gerçek zamanlı film yakalamak için bize sağlar. gözlenen iyonlar yarık geçtiğinden, adım 1.5 kritik adımlardan biridir. yarık bıçaklarının keskin olmalıdır. Küçük bir kusur olduğunda, bu tür yarık 0,3 mm göçük gibi bir çizik iyon görüntüde (Şekil 6) görülmektedir. Böyle bir durumda, yarık bıçak 2.000 grit ıslak zımpara kağıdı ile parlatılmış olmalıdır.

Apart Şekil 1'de gösterildiği benzersiz kamera açısı, bu yöntemi daha önce dönme dalga paketi görüntüleme için tek çözüm oldu 3D görüntüleme dedektörü, üzerinde birçok avantajı vardır.

İlk olarak, mevcut yöntemde, optik ışın hizalama adımları 4.1-4.2 gibi ham iyon görüntü izleme ile kolayca gerçekleştirilebilir. Şekil 7 optimize pompa-sonda örtüşme durumuna ham kamera görüntüsünü gösterir. p,ump-sonda kiriş örtüşme, kayıp anizotropik veya gelişmiş görüntü imzaları Şekil 4A gibi görülemez edilir. Bu durum, mevcut yöntemde adımların 4,1-4,2 önemini vurgulamaktadır. Pompa ve sonda kirişler spot büyüklükleri 10 mikron mertebesinde olduğundan, gerçek zamanlı görüntülerini izleme olmadan optimal örtüşme durumu tespit etmek genellikle zordur. sayım oran birkaç olay sınırlı olduğu için 3 boyutlu görüntüleme detektör durumunda birkaç saniye, 1000 Hz ya da daha düşük tekrar hızı lazer kullanıldığında, yeterli veri noktası (en azından 1.000 iyonları) içeren bir görüntü oluşturmak için gerekli olan 3D dedektörü vurulmuş lazer başına. Bu yöntemde ise, sayım oran, esas sınırsızdır ve kare başına iyonu sayısı maruz kalma süresini uzatarak arttırılabilir. Mevcut durumda, 1.000 'den fazla iyonları 50 ms pozlama süresi içinde tespit edilir.

Bu yöntemin yüksek sayım oranı da yol açar Daha kısa bir veri toplama süresi. Kameranın kare hızı 250 fps olduğundan, belirli bir zamanda moleküler hareketin bir fotoğrafını çekmek için sadece ~ 40 s sürer. Bir ~ 33-fs adımla bir moleküler dönme canlanma zamanla ölçümü (~ 8.4 bg) için, ölçüm süresi sadece bir kaç saattir. deneysel veriler lazerlerin sınırlı uzun vadeli istikrar ve tüm deney düzeneği ile bozulmuş olur, çünkü bu, başka bir avantajdır. Bizim kurulum, örneğin, zaman süresi kısmen fs amplifikatör sıcaklık değişimine, zamanla değişir. 6 saat içinde, 3-K değiştirme darbe süresi 31 uzamaya yol darbe kompresör ızgaralar arasındaki mesafenin uzama gibi amplifikatör termal genleşme ile sonuçlandı. Bu sürüklenme kökeni tespit olmamasına rağmen pompa kaynaklı dinamiklerinin sinyalini bozan lazer ışını sürüklenme, aynı zamanda, ~ 8 saat içinde tespit edildi.

t "> Bu teknik, 3D bilgileri sınırlayacak 2B görüntüleme türüdür. Coulomb patlama durumunda, tespit düzlemde püskürtülen iyonlarının yalnızca parçanın görüntüsüne katkıda bulunur. tatbik edilmeleri zor olduğu anlamına gelir doğrudan bu tesadüf görüntüleme katılanların gibi karmaşık parçalanma süreçleri, mevcut yöntem 33, 32, 25 inceler. bizim yöntemi ile sinyal yoğunluğu toplamı algılama düzleminde olasılığı ile orantılı olduğunu unutmayın. Bu dolaylı bilgi temsil boyut görüntüleme düzlemi 11, 12 dahil değildir.

Bu yazıda Coulomb patlama görüntüleme odaklanırken, mevcut yaklaşım, ilke olarak, bu tür FOTOLİZ dahil olduğu 14 çalışmaları olarak, genel ücret-parçacık görüntüleme uygulanan olabilir. İçindeyüklü parçacıkların bir 3D Newton kürenin 2B tomogram elde etmek için, görüntüleme prosedürü mevcut, ışığın polarizasyon dedektör yüzeyine paralel olmalıdır. Diğer bir deyişle, kamera açısı özel şartlara sınırlıdır. Aynı zamanda, bu 2 boyutlu görüntüleme tekniği, 3 boyutlu bir iyon bulutu uzamsal 2B kesim dilimlenmiş ve görüntülü. Bu dilim görüntüleme ile, kamera açısı özgürlüğü bazen lazer yayılma yönüne 26, 34 görünen şimdiye kadar-gözlenemeyen bilgi elde etmek için bir yol açacaktır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
CMOS camera Toshiba TELI BU-238M-ES equipped with SONY IMX174 sensor
High voltage switch Behlke HTS-41-03-GSM
High voltage switch Behlke HTS-80-03
Digital delay generator Stanford research systems DG535
Digital delay generator Stanford research systems DG645
Microchannel plate Photonis 3075
Pulsed valve LAMID LTD Even-Lavie valve  High repetition, room temperature model
Molecular beam skimmers Institute for Molecular Science 13C11 3 and 1.5 mm center hole, 25 degrees full inner angle, and ~50 mm length
Optical Comparator Nikon V-24B
DPSS laser Lighthouse Photonics Sprout
Femtosecond Ti:Sapphire oscillator KMLabs Halcyon
Femtosecond Ti:Sapphire amplifier Quantronix Odin-II HE
Motorized linear stage Sigma Koki KST(GS)-100X
Manual X-stage Sigma Koki TSD-601S
High resolution mirror mount Newport Suprema SX100-F2KN-254
High resolution mirror mount LIOP-TEC GmbH SR100-100R-2-HS
Polarization checker Paradigm Devices, Inc. O-tool VIS
Instrument communication interface National Instruments NI-MAX
Graphical development environment for measurement programs National Instruments LabVIEW 2014
Laser line dielectric mirror CVI/LEO TLM2-400/800-45UNP
Laser line dielectric mirror Altechna Low GDD Ultrafast mirror
Laser line dielectric mirror Altechna Low GDD Ultrafast mirror
Femtosecond polarizer Advanced Thin Films PBS-GVD

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Stapelfeldt, H., Constant, E., Sakai, H., Corkum, P. B. Time-resolved Coulomb explosion imaging: A method to measure structure and dynamics of molecular nuclear wave packets. Phys. Rev. A. 58, 426-433 (1998).
  2. Hishikawa, A., Matsuda, A., Fushitani, M., Takahashi, E. J. Visualizing Recurrently Migrating Hydrogen in Acetylene Dication by Intense Ultrashort Laser Pulses. Phys. Rev. Lett. 99, 258302 (2007).
  3. Légaré, F., et al. Laser Coulomb-explosion imaging of small molecules. Phys. Rev. A. 71, 013415 (2005).
  4. Stapelfeldt, H., Seideman, T. Colloquium: Aligning molecules with strong laser pulses. Rev. Mod. Phys. 75, 543-557 (2003).
  5. Ohshima, Y., Hasegawa, H. Coherent rotational excitation by intense nonresonant laser fields. Int. Rev. Phys. Chem. 29, 619-663 (2010).
  6. Kitano, K., Hasegawa, H., Ohshima, Y. Ultrafast Angular Momentum Orientation by Linearly Polarized Laser Fields. Phys. Rev. Lett. 103, 223002 (2009).
  7. Fleischer, S., Khodorkovsky, Y., Prior, Y., Averbukh, I. S. Controlling the sense of molecular rotation. New J. Phys. 11, 105039 (2009).
  8. Korobenko, A., Milner, A. A., Milner, V. Direct Observation, Study, and Control of Molecular Superrotors. Phys. Rev. Lett. 112, 113004 (2014).
  9. Rosca-Pruna, F., Vrakking, M. J. J. Revival structures in picosecond laser-induced alignment of I2 molecules. I. Experimental results. J. Chem. Phys. 116, 6567-6578 (2002).
  10. Dooley, P. W., et al. Direct imaging of rotational wave-packet dynamics of diatomic molecules. Phys. Rev. A. 68, 023406 (2003).
  11. Mizuse, K., Kitano, K., Hasegawa, H., Ohshima, Y. Quantum unidirectional rotation directly imaged with molecules. Sci. Adv. 1, 1400185 (2015).
  12. Lin, K., et al. Visualizing molecular unidirectional rotation. Phys. Rev. A. 92, 013410 (2015).
  13. Korobenko, A., Hepburn, J. W., Milner, V. Observation of nondispersing classical-like molecular rotation. Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 951-956 (2015).
  14. Whitaker, B. J. Imaging in Molecular Dynamics. Cambridge University Press. (2003).
  15. Ullrich, J., et al. Recoil-ion and electron momentum spectroscopy: reaction-microscopes. Rep. Prog. Phys. 66, 1463 (2003).
  16. Lee, S. K., et al. Coincidence ion imaging with a fast frame camera. Rev Sci Instrum. 85, 123303 (2014).
  17. Lee, S. K., et al. Communication: Time- and space-sliced velocity map electron imaging. J. Chem. Phys. 141, 221101 (2014).
  18. John, J. J., et al. PImMS, a fast event-triggered monolithic pixel detector with storage of multiple timestamps. Journal of Instrumentation. 7, 8001 (2012).
  19. Nomerotski, A., et al. Pixel Imaging Mass Spectrometry with fast and intelligent Pixel detectors. Journal of Instrumentation. 5, 07007 (2010).
  20. Luria, K., Christen, W., Even, U. Generation and Propagation of Intense Supersonic Beams. J. Phys. Chem. A. 115, 7362-7367 (2011).
  21. Eppink, A. T. J. B., Parker, D. H. Velocity map imaging of ions and electrons using electrostatic lenses: Application in photoelectron and photofragment ion imaging of molecular oxygen. Rev. Sci. Instrum. 68, 3477-3484 (1997).
  22. Gebhardt, C. R., Rakitzis, T. P., Samartzis, P. C., Ladopoulos, V., Kitsopoulos, T. N. Slice imaging: A new approach to ion imaging and velocity mapping. Rev. Sci. Instrum. 72, 3848 (2001).
  23. Stöhr, J. NEXAFS Spectroscopy. Springer. 132 (1992).
  24. Siders, C. W., Siders, J. L. W., Taylor, A. J., Park, S. -G., Weiner, A. M. Efficient High-Energy Pulse-Train Generation Using a 2 n-Pulse Michelson Interferometer. Appl. Opt. 37, 5302-5305 (1998).
  25. Pitzer, M., et al. Direct Determination of Absolute Molecular Stereochemistry in Gas Phase by Coulomb Explosion Imaging. Science. 341, 1096-1100 (2013).
  26. Rakitzis, T. P., Samartzis, P. C., Kitsopoulos, T. N. Observing the symmetry breaking in the angular distributions of oriented photofragments using velocity mapping. J. Chem. Phys. 111, 10415 (1999).
  27. Chang, B. -Y., Hoetzlein, R. C., Mueller, J. A., Geiser, J. D., Houston, P. L. Improved two-dimensional product imaging: The real-time ion-counting method. Rev. Sci. Instrum. 69, 1665 (1998).
  28. Wiley, W. C., McLaren, I. H. Time-of-Flight Mass Spectrometer with Improved Resolution. Rev. Sci. Instrum. 26, 1150 (1955).
  29. Townsend, D., Minitti, M. P., Suits, A. G. Direct current slice imaging. Rev. Sci. Instrum. 74, 2530 (2003).
  30. Wu, G., et al. A new crossed molecular beam apparatus using time-sliced ion velocity imaging technique. Rev. Sci. Instrum. 79, 094104 (2008).
  31. Treacy, E. Optical pulse compression with diffraction gratings. Quantum Electronics, IEEE Journal of. 5, 454-458 (1969).
  32. Dörner, R., et al. Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy: a 'momentum microscope' to view atomic collision dynamics. Physics Reports. 330, 95-192 (2000).
  33. Herwig, P., et al. Imaging the Absolute Configuration of a Chiral Epoxide in the Gas Phase. Science. 342, 1084-1086 (2013).
  34. Suzuki, Y. -I., Suzuki, T. Linear and circular dichroism in photoelectron angular distributions caused by electron correlation. Phys. Rev. A. 91, 053413 (2015).
Lazer güdümlü Ultrafast Moleküler Rotasyon Doğrudan Görüntüleme
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Mizuse, K., Fujimoto, R., Mizutani, N., Ohshima, Y. Direct Imaging of Laser-driven Ultrafast Molecular Rotation. J. Vis. Exp. (120), e54917, doi:10.3791/54917 (2017).More

Mizuse, K., Fujimoto, R., Mizutani, N., Ohshima, Y. Direct Imaging of Laser-driven Ultrafast Molecular Rotation. J. Vis. Exp. (120), e54917, doi:10.3791/54917 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter