【摘 要】
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当超短激光脉冲在空气中聚焦时,克尔自聚焦效应和等离子体散焦效应的共同作用形成了一个称为“光丝”的等离子体通道。大气光丝等离子体会诱导大气化学反应,目前关于超短激光光丝诱导大气化学反应的机理和过程还不明确。本文利用800 nm波长、35 fs、1 k Hz重复频率的飞秒激光产生光丝,在不同大气条件下诱导大气化学反应。空气中含量较多的是氮气、氧气和二氧化碳,飞秒光丝会解离这些分子,生成的新的分子、离子
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当超短激光脉冲在空气中聚焦时,克尔自聚焦效应和等离子体散焦效应的共同作用形成了一个称为“光丝”的等离子体通道。大气光丝等离子体会诱导大气化学反应,目前关于超短激光光丝诱导大气化学反应的机理和过程还不明确。本文利用800 nm波长、35 fs、1 k Hz重复频率的飞秒激光产生光丝,在不同大气条件下诱导大气化学反应。空气中含量较多的是氮气、氧气和二氧化碳,飞秒光丝会解离这些分子,生成的新的分子、离子之间再进行复杂的反应。利用中红外直接吸收光谱和波长调制吸收光谱技术,测量激光诱导大气化学反应产生的CO、NO、HCN的浓度及演化过程。其中首次观测到光丝诱导大气化学反应产生的CO和HCN。在低气压环境中,产生的CO、NO和HCN受到超短脉冲激光的转动激发效应影响,显示出增强的吸收光谱。在大气环境中,经过足够的反应时间后,CO、NO和HCN的浓度分别累积到80 ppm、120 ppm和1.6 ppm。研究发现,产生的CO主要来自大气中的CO2,并且大气中的水汽在光丝作用下产生的OH自由基会抑制CO浓度的累积。大气中的氧气在光丝作用下产生的氧原子与HCN的反应抑制了HCN浓度的累积。本论文研究超短脉冲激光光丝诱导大气化学反应中碳元素转化到其它产物的机理和效率,获得大气其它组分对C元素转化的影响,并探索了C元素转化过程中伴生的危害气体如HCN和NO的生成特性。本文研究为利用大气化学反应来延缓温室效应,高效利用大气,同时保持环境受益提供机理参考。
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