结合数值参数优化有效势模型与拟谱-分裂算符方法,研究了强激光场下碱金属原子气的 高次谐波产生过程。基于参数优化有效势特点对演化矩阵进行了处理,保证了演化过程中含时波函数 与闭壳层轨道的正交性。选取波长为3038 nm、强度约1013 W/cm2的中红外激光场作为驱动场,计算了锂、 钠、钾原子的高次谐波谱。研究了长激光脉宽下里德伯态钠原子束缚态跃迁峰对谐波产生的贡献,结果表 明里德伯态与基态的共振会使低阶谐波的强度增加一个量级,验证了该方法描述含时演化过程中电子重俘获过程的可靠性。

大气中间层激光钠信标荧光回波光子的激发受到地磁场、钠原子碰撞以及反冲的影响。地磁场引起钠原子的拉莫尔进动，严重地削弱长脉冲和连续波激光与钠原子作用的光抽运；原子碰撞一定程度上增加了钠荧光平均回波光子通量；反冲却降低了钠荧光平均回波光子通量。此外，下抽运现象容易导致钠原子光抽运在较低的光强下进入跃迁饱和。因此，为了增加钠荧光回波光子数，可以采用再抽运的方法获得较高的钠荧光平均回波光子通量。数值模拟的结果表明，在Greenwood大气湍流模式下，在激光束中加入16%的再抽运能量获得的钠荧光回波光子数大约是单一频率（D2a）激发钠荧光回波光子数的2.33倍。

建立了用于测量钠原子光谱的无多普勒饱和荧光光谱测量系统。在该系统中使用了线宽约100 kHz的窄线宽染料激光器和光电二极管探测器。钠泡温度控制在65 ℃。两束相向传播的激光束在钠泡中重叠共同激发荧光。光电二极管被放置在钠泡的侧面接收、探测激发的荧光。LabVIEW软件控制的数据采集卡采集光电二极管的信号。通过扫描染料激光器的激光频率,可以观测到钠原子的无多普勒特征D2a,交叉共振以及D2b。当激光频率扫描的步长约为2 MHz时,在实验中观测到了D2a中的三条谱线。

SiO(b3П)与Na的近共振传能过程是钠原子化学激光的关键步骤。为了对这一过程进行初步的实验研究,建立了一个包括SiO(b3П)合成系统和Na蒸气生成供给系统在内的近共振传能实验装置。通过SiH4热解产物与N2O反应合成了一定浓度的亚稳态储能粒子——SiO(b3П); 在此基础上进行了SiO(b3П)与Na混合传能的实验研究。测到了SiO(b3П)和Na(4d2D)的自发辐射光谱,并且验证了SiO(b3П)与Na近共振传能及Na(4d2D)粒子的存在。进一步研究发现,在SiH4流量为0.09 mmol/s,SiH4载气流量为14.88 mmol/s,N2O流量为0.744 mmol/s,SiH4热解炉温度为1350 K实验条件下,当Na蒸气载气流量(7.44 mmol/s)保持不变时,Na(4d2D)粒子数密度与Na池温度成递增关系; 而当Na池温度(分别在673 K和723 K)固定时,Na(4d2D)粒子数密度与Na蒸气载气流量基本成线性递增关系。

利用高温热解SiH4的方法获得气相Si原子,然后通过气相Si原子与N2O反应成功得到了亚稳态储能粒子SiO(b3П).通过不断地改进装置和实验探索,掌握了该合成反应的实验规律,并对实验条件进行了优化.N2O与SiH4的流量配比在8～10,SiH4稀释比在0.3%左右,热解温度在1 160～1 170 ℃时,得到了最强的光谱信号.

在自由电子气近似下,可得到多种不同的交换参数的理论算法.这些理论方法的优劣不能从理论上确定.本文采用SIC-Xα的过渡态算法,利用不同的Xα交换参数理论模型计算了钠原子主线系4p～15p的激发态能级,并与实验结果进行了比较.比较结果表明,在这个体系下,基于Virial定理的理论参数模型明显优于其它理论方法.由此我们找到了一种能给出较为精确的高激发态波函数的简便计算方法,而且能够为研究高激发态原子的外场效应和Rydberg原子结构的精确计算等提供基矢波函数.

报道了钠原子在有惰性气体氩原子参与的Energy-pooling碰撞过程.观察到了由此而产生的分子三重态和原子高位态的紫区受激辐射.实验结果表明,原子高位态的这种布居过程中角动量也起了一定作用.利用瞬时速率方程拟合了实验结果,得到了相同的变化规律.

对1996年3月1日至3日钠荧光散射雷达获得的观测数据进行了分析与处理, 得到了钠原子密度随高度的剖面分布和随时间的变化关系。分析结果指出, 武汉上空中高层大气钠原子剖面具有强烈的时空变化特点。钠层主要分布在80～105 km高度, 钠层最大密度高度位于92～95 km范围, 在不出现流星雨时, 其值在1～3×109原子每立方米之间变化

在1250～2000 V/cm的静电场变化范围内,用可调谐激光两步激发实现Na原子在n=17, m=0斯塔克簇各能态布居。采用延迟脉冲场电离方法测量了各斯塔克能态在不同外电场下的寿命。讨论了外电场强度和环境黑体辐射对斯塔克态寿命的影响。