Microscopie de photodétachement à 2 couleurs

C. Blondel, W. Chaibi, C. Delsart et C. Drag

Laboratoire Aimé Cotton, UPR 3321, CNRS, campus d’Orsay

Microscopie de photodétachement : principe

FPrincipe : Y.N. Demkov et al., JETP Lett. 34, 403 (1981)

Microscopie de photodétachement : C. Blondel et al., Phys. Rev . Lett. 77, 3755 (1996)

Microscopie de photoïonisation : C. Nicole et al., Phys. Rev . Lett. 88, 133001 (2002)

Microscopie de photodétachement moléculaire : C. Delsart et al., Phys. Rev . Lett. 89, 183002 (2002)

z0

a

7

6

5 4

3

2

1

8

9

10

11

12

13

 1 : Doublet de lentilles simples ("einzellens") 2,5,9,10 : Plaques déflectrices3,6,8 : Lentille simple4 : Filtre de Wien 

7 : Virage quadrupolaire  11 : Quadrupôle de focalisation 12 : Ralentisseur 13 : Zone d’interaction

énergie cinétique du jet : 300 à 500 eV 60 à 80 km.s-1

xy

détecteur : largeur à mi-hauteur 65 µm1 électron toutes les 0,1 ms à 1 ms

Jet d’ions et colonne de champ électrique

hauteur de “chute” : z0 = 0,514 mF entre 150 et 450 V/m

Acquisition (double passage)

Rmax = 0,5 - 2,2 mm

N = 1 – 9 = 0,3 - 1,8 cm-1

i = 25 - 134 µm

= 596885.3 pm F=258.6 V/m de 2 à 2000 s

jet d’ions

miroir de renvoi détecteur

Laser à colorant

photoélectrons

F

= 535 à 710 nm (~ 596 nm)

P = 100 à 400 mW

Stabilité < 10 MHz sur 30 min (Sigmamètre)

mesurée ~ 2.10-8 (lambdamètre WSU)

Analyse quantitative et spectrométrie électronique

R

j

Si-

F = 427 Vm-

1

~ +/- 1% = 0,926 ± 0,002 cm-1

± 0,008 cm-1

American Journal of Physics 66, 38 (1998)

Fq

m 2/3

03

24

1

22max

2

32

32

2

R

R

eF

mAij

3/2/F

1

Inte

nsité

rela

tive

R / RMax

=0,4 cm -1 F=105 V/m

=0,6 cm -1 F=193 V/m

=0,8 cm -1 F=297 V/m

=1 cm -1 F=415 V/m

Détermination de l’affinité électronique

Ion négatif

Espèce neutre

h

A

Affinité électronique A :h est mesurée

3/2/F est donné par l’ajustement (l’effet Doppler est pris en compte)

Fluor A(19F) = 27 432,451(20) cm-1

Oxygène A(16O) = 11 784,676(7) cm-1

Silicium A(28Si) = 11 207,246(8) cm-1

Soufre A(32S) = 16 752,9760(42) cm-1

Eur. Phys. J. D33, 335 (2005)

Structure interne atomes et ionsSoufre 32S: E(2P1/2) E(2P3/2) = 483,5352(34) cm-1

32S: E(3P1) E(3P2) = 396,0587(32) cm-1 J. Phys. B39, 1409 (2006)

MoléculesOH A(16O1H) = 14 740,982(7) cm-1 J. Chem. Phys. 122, 014308 (2005)SH A(32S1H) = 18 669,543(12) cm-1

J. Mol. Spec., sous presse (2006)

Microscopie de photodétachement à 2 couleurs

1

Inte

nsité

rela

tive

=0,4 cm -1 F=105 V/m

=0,6 cm -1 F=193 V/m

=0,8 cm -1 F=297 V/m

=1 cm -1 F=415 V/m

R / RMax

=3,898 GHz

0,0 0,5 1,0 1,5 2,00,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

Inte

nsité

rela

tive

R (mm)

2ème couleur : 2

1ère couleur : 1

avec =1-2

très bien connu

F

1

Inte

nsité

rela

tive

R / RMax

=0,4 cm -1 F=105 V/m

=0,6 cm -1 F=193 V/m

=0,8 cm -1 F=297 V/m

=1 cm -1 F=415 V/m

3/2/F

Système d’excitation à 2 couleurs

(~ 596 nm)

P ~ 400 mW

I SL = 12,85 GHz

sans modulation

Sign

al n

orm

alis

é

Tension piezo du FP d'analyse normalisée

Photodiode

piezo

d ~ 1,2 cm

/2

J n(~ r33n3FL/)

Tension piezo du FP d'analyse normalisée

Sign

al n

orm

alisé

modulation (1,5 W)

Modulateur

Electro-optique

LiNbO3

Synthétiseur

=1,949 GHz

P =-2,3 dbm

Amplificateur

+ 37 dB

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

3,0

3,2

3,4

3,6

3,8

4,0modulation et filtrage

Sig

nal n

orm

alis

é

Tension piezo du FP d'analyse normalisée

P ~ 2*85 mW

R1=80%

R2=80%

d ~ 3,85 cm

Enregistrements et ajustements

596 894.89 pm

596 8886.21 pm

au lieu de 16 752.9760(42) cm-1

A(32S) = 16 752.976 (40) cm-1

en laissant le champ électrique libre

60 80 100 120 140 160 180

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75

para

mèt

re d

'aju

stem

ent 2

Champ électrique (V/m)

1 couleur 2 couleurs

Energie (cm-1)

Conclusion et perspectives

La « Microscopie de photodétachement » permet une utilisation quantitative des images pour de la spectroscopie de très haute résolution (2,5.10-7)

La « Microscopie de photodétachement à 2 couleurs» conduit à déterminer l’énergie électronique indépendamment du champ électrique

« Microscopie de photodétachement » en champ magnétique transverse et longitudinalT. Kramer et al. Europhys. Lett., 56 471 (2001)Bracher et al., Phys. Rev. A 73, 062114 (2006)

« Microscopie de photodétachement » en régimepulsé (changement de détecteur + fabrication d’unechaîne laser pulsée monomode – 30 ns, 10 mJ)