Effect of SiO2 protective layer on the femtosecond laser-induced damage of HfO2/SiO2 multilayer high-reflective coatings

Two kinds of HfO2/SiO2 800 nm high-reflective (HR) coatings, with and without SiO2 protective layer were deposited by electron beam evaporation. Laser-induced damage thresholds (LIDT) were measured for all samples with femtosecond laser pulses. The surface morphologies and the depth information of all samples were observed by Leica optical microscopy and WYKO surface profiler, respectively. It is found that SiO2 protective layer had no positive effect on improving the LIDT of HR coating. A simple model including the conduction band electron production via multiphoton ionization and impact ionization is used to explain this phenomenon. Theoretical calculations show that the damage occurs first in the SiO2 protective layer for HfO2/SiO2 HR coating with SiO2 protective layer. The relation of LIDT for two kinds of HfO2/SiO2 HR coatings in calculation agrees with the experiment result. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

单脉冲飞秒脉冲激光对单层和高反光学薄膜的损伤

用电子柬蒸发的方法在BK7玻璃上制备了ZrO2单层膜和ZrO2／SiO2高反膜，利用掺Ti：sapphire飞秒激光系统输出的中心波长为800nm，脉宽为50fs的激光脉冲对这两种样品进行了激光损伤阈值测试．实验结果表明，ZrO2单层膜的阂值比ZrO2／SiO2高反膜的高；这与传统的纳秒脉冲激光的损伤情况相反．利用光离化和碰撞离化激发电子到导带，形成电子等离子体基本模型并对此现象进行了解释．同时，用显微镜对样品的损伤形貌进行了观测，对损伤的特点进行了表征．

Fragmentations of some bifunctional phenylether compounds by intermediate ion/neutral complexes

The fragmentations of three bifunctional phenylether compounds including 2-(2, 6-dichloro)phenoxyl propionitrile, N-hydroxyl-4-butoxyl phenylacetyl amine(bufexamc) and 2-(1-methylethoxyl) phenol methylcarbamate (Propoxur) under electron impact ionization were reported, Metastable ion(MI) and collision-induced dissociation(CID) at a low energy have been used to study the fragmentation pathways from molecular ions. Apart from the simple bond cleavages, and the unimolecular dissociations via ion/neutral complex intermediate as a competitive mechanism were demonstrated, Moreover, the intramolecular hydrogen transfer and double hydrogen transfers in the fragmentations of these compounds were discussed in detail.

Covariance analysis of the Coulomb explosion of ammonia induced by intense nanosecond laser at 532 nm

The Coulomb explosion of ammonia clusters induced by nanosecond laser at 532 not with an intensity of similar to 10(12) Wcm(-2) has been studied by time of flight mass spectrometry. The dominant multiply charged ions are N3+ and N2+ with kinetic energies of 110 and 50 eV respectively. The electrons generated from the multiphoton ionization are heated through inverse bremsstrahlung by the laser field when colliding with neutral or ionic particles. When their energies surpass the corresponding ionization potentials of the molecules or ions, the subsequent electron impact ionization may take place thus resulting in multi-charged nitrogen ions. Covariance analysis is made to study the possible pathways of the Coulomb explosion.

Parallel bandwidth characteristics calculations for thin avalanche photodiodes on a SGI Origin 2000 supercomputer

An important factor for high-speed optical communication is the availability of ultrafast and low-noise photodetectors. Among the semiconductor photodetectors that are commonly used in today’s long-haul and metro-area fiber-optic systems, avalanche photodiodes (APDs) are often preferred over p-i-n photodiodes due to their internal gain, which significantly improves the receiver sensitivity and alleviates the need for optical pre-amplification. Unfortunately, the random nature of the very process of carrier impact ionization, which generates the gain, is inherently noisy and results in fluctuations not only in the gain but also in the time response. Recently, a theory characterizing the autocorrelation function of APDs has been developed by us which incorporates the dead-space effect, an effect that is very significant in thin, high-performance APDs. The research extends the time-domain analysis of the dead-space multiplication model to compute the autocorrelation function of the APD impulse response. However, the computation requires a large amount of memory space and is very time consuming. In this research, we describe our experiences in parallelizing the code in MPI and OpenMP using CAPTools. Several array partitioning schemes and scheduling policies are implemented and tested. Our results show that the code is scalable up to 64 processors on a SGI Origin 2000 machine and has small average errors.

Dielectronic recombination in He-like, Li-like, and Be-like highly charged ions in the KLL and KLM manifolds

This paper reports a systematic study of the dependence on atomic number of the dielectronic recombination resonance strengths for He-like, Li-like and Be-like ions. Recent measurements of dielectronic recombination resonance strengths for the KLL and KLM manifolds for iron, yttrium, iodine, holmium, and bismuth are also described. The resonance strengths were normalized to calculated electron impact ionization cross sections. The measured resonance strengths generally agree well with theoretical calculations using the distorted wave approximation. However, KLM resonance strength measurements on high atomic number open-shell ions gave higher values than those suggested by calculations. Using recently measured data, along with existing results, scaling laws have been generated as a function of atomic number for He-like, Li-like, and Be-like ions in the KLL and KLM manifolds.

Numerical simulation of the charge balance and temperature evolution in an electron beam ion trap

A computer code has been developed to simulate and study the evolution of ion charge states inside the trap region of an electron beam ion trap. In addition to atomic physics phenomena previously included in similar codes such as electron impact ionization, radiative recombination, and charge exchange, several aspects of the relevant physics such as dielectronic recombination, ionization heating, and ion cloud expansion have been included for the first time in the model. The code was developed using object oriented concepts with database support, making it readable, accurate, and well organized. The simulation results show a good agreement with various experiments, and give useful information for selection of operating conditions and experiment design.

Asymptotic modeling of short plane-parallel high-pressure glow discharge

Here a self-consistent continuum model is presented for a narrow gap plane-parallel dc glow discharge. The set of governing equations consisting of continuity and momentum equations for positive ions, fast (emitted by the cathode) and slow electrons (generated by fast electron impact ionization) coupled with Poisson's equation is treated by the technique of matched asymptotic expansions. Explicit results are obtained in the asymptotic limit: (chi delta) much less than 1, where chi = e Phi(a)/kT, delta = (r(D)/L)(2) (Phi(a) is the applied voltage, r(D) is the Debye radius) and pL much greater than 1(Hg mm cm), where p is the gas pressure and L is the gap length. In the case of high pressure, the electron energy relaxation length is much smaller than the gap length, and so the local field approximation is valid. The discharge space divides naturally into a cathode fall sheath, a quasineutral plasma region, and an anode fall sheath. The electric potential distribution obtained for each region in a (semi)analytical form is asymptotically matched to the adjoining regions in the region of overlap. The effects of the gas pressure, gap length, and applied voltage on the length of each region are investigated. (C) 2000 American Institute of Physics. [S1070-664X(00)01302-1].

Dayglow Emissions on Mars and Venus

An attempt has been made in this thesis to model some of the emissions observed by SPICAM and SPICAV on Mars and Venus, respectively, viz., CO Cameron band, CO+ 2 ultraviolet doublet, N2 triplet bands, atomic oxygen green (5577 A), red doublet (6300, 6364 A), and ultraviolet (2972 A) emissions. One of major sources of these emissions is photoelectron impact ionization/excitation. In this thesis, an electron degradation model based on Monte Carlo technique has been developed to calculate the production/excitation rates of above mentioned emissions due to electron impact. The limb brightness pro les of emissions are calculated and compared with the observations wherever available. The e ect of various model input parameters on dayglow emissions intensities is also evaluated

Residues of organochlorine pesticides and PCBs in some Brazilian municipal solid waste compost

Persistent organic pollutants (POPs), organochlorine pesticides and polychlorinated biphenyls (PCBs), listed as per the Stockholm Convention (α -HCH, β -HCH, γ -HCH, p,p′-DDT, o,p′-DDT, p,p′-DDD, p,p′-DDE, aldrin, endrin, dieldrin, PCBs 28, 52, 118, 138, 153, and 180), were analyzed in municipal solid waste (MSW) compost samples from three different Brazilian composting plants located in three São Paulo State cities: Araras, Araraquara and São Paulo (Vila Leopoldinha). Quantitative and qualitative analyses were carried out using gas chromatography electron capture detection (GC-ECD) and gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) (Ion Trap, electron impact ionization), respectively. The samples were analyzed in triplicate and the target POPs were not detected by GC-ECD. Twelve pollutants were identified in two samples when qualitative analysis (GC-MS) was used (β -HCH, γ -HCH, p,p′-DDT, o,p′-DDT, p,p′-DDD, and p,p′-DDE, PCBs 28, 118, 138, 153 and 180). The composting process has advantages such as urban solid waste reduction and landfill life-span increase, however the MSW compost quality, which can be utilized for agricultural purposes, should be evaluated and be controlled. This kind of study is the first step in making available information to answer questions regarding MSW compost for sustainable agricultural use, such as the pollutants accumulation in soil and in groundwater, and plants uptake. Copyright © Taylor & Francis Group, LLC.

A theoretical study of SnF2+, SnCl2+, and SnO2+ and their experimental search

We present a detailed theoretical study of the stability of the gas-phase diatomic dications SnF2+, SnCl2+, and SnO2+ using ab initio computer calculations. The ground states of SnF2+, SnCl2+, and SnO2+ are thermodynamically stable, respectively, with dissociation energies of 0.45, 0.30, and 0.42 eV. Whereas SnF2+ dissociates into Sn2+ + F, the long range behaviour of the potential energy curves of SnCl2+ and SnO2+ is repulsive and wide barrier heights due to avoided crossing act as a kind of effective dissociation energy. Their equilibrium internuclear distances are 4.855, 5.201, and 4.852 a(0), respectively. The double ionisation energies (T-e) to form SnF2+, SnCl2+, and SnO2+ from their respective neutral parents are 25.87, 23.71, and 25.97 eV. We combine our theoretical work with the experimental results of a search for these doubly positively charged diatomic molecules in the gas phase. SnO2+ and SnF2+ have been observed for prolonged oxygen (O-16(-)) ion beam sputtering of a tin metal foil and of tin (II) fluoride (SnF2) powder, respectively, for ion flight times of about 10(-5) s through a magnetic-sector mass spectrometer. In addition, SnCl2+ has been detected for O-16(-) ion surface bombardment of stannous (tin (II)) chloride (SnCl2) powder. To our knowledge, SnF2+ is a novel gas-phase molecule, whereas SnCl2+ had been detected previously by electron-impact ionization mass spectrometry, and SnO2+ had been observed before by spark source mass spectrometry as well as by atom probe mass spectrometry. We are not aware of any previous theoretical studies of these molecular systems. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4758475]

Entwicklung einer online Kopplungsmethode von GC mit ECD- und ICPMS-Detektion zur Bestimmung biogener leichtflüchtiger bromierter und iodierter Kohlenwasserstoffe in Meerwasser und der Atmosphäre

In dieser Arbeit wurde ein zweidimensionales Kopplungssystem zur Bestimmung von leichtflüchtigen bromierten und iodierten Kohlenwasserstoffen (LHKW) in Wasser- und Luftproben entwickelt. Hierzu wurde ein Gaschromatograph mit einem Elektroneneinfangdetektor (ECD) on-line an ein elementselektives induktiv gekoppeltes Plasma-Massenspektrometer (ICPMS) gekoppelt. Dieses extrem nachweisstarke Analysensystem ermöglicht eine simultane Identifizierung unbekannter und koeluierender Peaks sowie eine vereinfachte Quantifizierung mittels ICPMS. Beim Vergleich des GC-ECD-ICPMS-Kopplungssystem mit den herkömmlichen Detektionsmethoden wie dem Massenspektrometer mit Elektronenstoss-Ionisation und dem Atomemissionsdetektor mit mikrowelleninduziertem Plasma schnitt das neu entwickelte Kopplungssystem ausgezeichnet ab. Für die Isolierung der LHKW aus Meerwasserproben wurde die Purge und Trap Technik verwendet, Luftproben wurden durch Besaugung auf Adsorptionsmaterial angereichert. Im Rahmen des BMBF-Teilprojektes ReHaTrop/AFOHAL wurden im August 2001 und im April/Mai 2002 an der Deutschen Nordseeküste Probenahmen durchgeführt. Die Konzentrationen der Wasserproben lagen im Bereich von 0,1-158 ng L-1, die der Luftproben im Bereich von 0,01-470 pptv. Die Messungen bestätigen die wichtige Rolle von Makroalgen im Zusammenhang mit der Produktion von halogenierten Kohlenwasserstoffen. Die Konzentration der iodierten und bromierten Kohlenwasserstoffe war immer höher in Proben, die direkten Kontakt mit Makroalgen hatten. Inkubationsexperimente zeigen für verschiedene braune und grüne Makroalgen individuelle „Fingerprints“ der biogenen LHKW-Produktion. Bei den Messungen an der Nordseeküste wurden Abhängigkeiten zwischen den LHKW und meteorologischen Parametern gefunden.

Entwicklung und Charakterisierung eines Laserablationsmassenspektrometers zur Echtzeit-Analyse von atmosphärischen Aerosolpartikeln

Das Aerosolmassenspektrometer SPLAT (Single Particle Laser Ablation Time-of-Flight Mass Spectrometer) ist in der Lage, die Größe einzelner Aerosolpartikel in einem Größenbereich von 0,3 µm bis 3 µm zu bestimmen und gleichzeitig chemisch zu analysieren. Die Größenbestimmung erfolgt durch Streulichtmessung und Bestimmung der Flugzeit der Partikel zwischen zwei kontinuierlichen Laserstrahlen. Durch Kalibrationsmessungen kann auf den aerodynamischen Durchmesser der Partikel geschlossen werden. Kurzzeitig nach der Streulichtdetektion werden die Partikel durch einen hochenergetischen gepulsten UV-Laser verdampft und ionisiert. Die Flugzeit der Partikel zwischen den kontinuierlichen Laserstrahlen wird dazu benutzt, die Ankunftszeit der Partikel in der Ionenquelle zu berechnen und den UV-Laserpuls zu zünden. Die entstandenen Ionen werden in einem bipolaren Flugzeitmassen¬spektrometer nachgewiesen. Durch die Laserablation/Ionisation ist das SPLAT in der Lage, auch schwer verdampfbare Komponenten des atmosphärischen Aerosols - wie etwa Minerale oder Metalle - nachzuweisen. Das SPLAT wurde während dieser Arbeit vollständig neu entwickelt und aufgebaut. Dazu gehörten das Vakuum- und Einlasssystem, die Partikeldetektion, die Ionenquelle und das Massen-spektrometer. Beim Design des SPLAT wurde vor allem auf den späteren Feldeinsatz Wert gelegt, was besondere Anforderungen an Mechanik und Elektronik stellte. Die Charakterisierung der einzelnen Komponenten sowie des gesamten Instruments wurde unter Laborbedingungen durchgeführt. Dabei wurde u.a. Detektionseffizienzen des Instruments ermittelt, die abhängig von der Größe der Partikel sind. Bei sphärischen Partikeln mit einem Durchmesser von 600 nm wurden ca. 2 % der Partikel die in das Instrument gelangten, detektiert und chemisch analysiert. Die Fähigkeit zum Feldeinsatz hat das SPLAT im Februar/März 2006 während einer internationalen Messkampagne auf dem Jungfraujoch in der Schweiz bewiesen. Auf dieser hochalpinen Forschungsstation in einer Höhe von ca. 3580 m fand das SPLAT mineralische und metallische Komponenten in den Aerosolpartikeln. Das SPLAT ist ein vielfältig einsetzbares Instrument und erlaubt vor allem in Kombination mit Aerosolmassenspektrometern, die mit thermischer Verdampfung und Elektronenstoßionisation arbeiten, einen Erkenntnisgewinn in der Analytik atmosphärischer Aerosolpartikel.

Preparation of cold Mg + ion clouds for sympathetic cooling of highly charged ions at SPECTRAP

Die Elektronen in wasserstoff- und lithium-ähnlichen schweren Ionen sind den extrem starken elektrischen und magnetischen Feldern in der Umgebung des Kerns ausgesetzt. Die Laserspektroskopie der Hyperfeinaufspaltung im Grundzustand des Ions erlaubt daher einen sensitiven Test der Quantenelektrodynamik in starken Feldern insbesondere im magnetischen Sektor. Frühere Messungen an wasserstoffähnlichen Systemen die an einer Elektronenstrahl-Ionenfalle (EBIT) und am Experimentierspeicherring (ESR) der GSI Darmstadt durchgeführt wurden, waren in ihrer Genauigkeit durch zu geringe Statistik, einer starken Dopplerverbreiterung und der großen Unsicherheit in der Ionenenergie limitiert. Das ganze Potential des QED-Tests kann nur dann ausgeschöpft werden, wenn es gelingt sowohl wasserstoff- als auch lithium-ähnliche schwere Ionen mit einer um 2-3 Größenordnung gesteigerten Genauigkeit zu spektroskopieren. Um dies zu erreichen, wird gegenwärtig das neue Penningfallensystem SPECTRAP an der GSI aufgebaut und in Betrieb genommen. Es ist speziell für die Laserspektroskopie an gespeicherten hochgeladenen Ionen optimiert und wird in Zukunft von HITRAP mit nierderenergetischen hochgeladenen Ionen versorgt werden.rnrnSPECTRAP ist eine zylindrische Penningfalle mit axialem Zugang für die Injektion von Ionen und die Einkopplung eines Laserstrahls sowie einem radialen optischen Zugang für die Detektion der Fluoreszenz. Um letzteres zu realisieren ist der supraleitende Magnet als Helmholtz-Spulenpaar ausgelegt. Um die gewünschte Genauigkeit bei der Laserspektroskopie zu erreichen, muss ein effizienter und schneller Kühlprozess für die injizierten hochegeladenen Ionen realisiert werden. Dies kann mittels sympathetischer Kühlung in einer lasergekühlten Wolke leichter Ionen realisiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Lasersystem und eine Ionenquelle für die Produktion einer solchen 24Mg+ Ionenwolke aufgebaut und erfolgreich an SPECTRAP in Betrieb genommen. Dazu wurde ein Festkörperlasersystem für die Erzeugung von Licht bei 279.6 nm entworfen und aufgebaut. Es besteht aus einem Faserlaser bei 1118 nm der in zwei aufeinanderfolgenden Frequenzverdopplungsstufen frequenzvervierfacht wird. Die Verdopplerstufen sind als aktiv stabilisierte Resonantoren mit nichtlinearen Kristallen ausgelegt. Das Lasersystem liefert unter optimalen Bedingeungen bis zu 15 mW bei der ultravioletten Wellenlänge und erwies sich während der Teststrahlzeiten an SPECTRAP als ausgesprochen zuverlässig. Desweiteren wurde eine Ionequelle für die gepulste Injektion von Mg+ Ionen in die SPECTRAP Falle entwickelt. Diese basiert auf der Elektronenstoßionisation eines thermischen Mg-Atomstrahls und liefert in der gepulsten Extraktion Ionenbündel mit einer kleinen Impuls- und Energieverteilung. Unter Nutzung des Lasersystems konnten damit an SPECTRAP erstmals Ionenwolken mit bis zu 2600 lasergekühlten Mg Ionen erzeugt werden. Der Nachweis erfolgte sowohl mittels Fluoreszenz als auch mit der FFT-ICR Technik. Aus der Analyse des Fluoreszenz-Linienprofils lässt sich sowohl die Sensitivität auf einzelne gespeicherte Ionen als auch eine erreichte Endtemperatur in der Größenordnung von ≈ 100 mK nach wenigen Sekunden Kühlzeit belegen.

Doubly-charged ethane ions: Solution to the dilemma of stability predicted by theory and instability observed in experiment

Potential energy curves have been computed for [C2H6]2+ ions and the results used to interpret the conspicuous absence of these ions in 2E mass spectra and in charge-stripping experiments. The energies and structures of geometry-optimized ground-state singlet and excited-state triplet [C2H6]2+ ions have been determined along with energies for different decomposition barriers and dissociation asymptotes. Although singlet and triplet [C2H6]2+ ions can exist as stable entities, they possess low energy barriers to decomposition. Vertical Franck-Condon transitions, involving electron impact ionization of ethane as well as charge-stripping collisions of [C2H6]+ ions, produce [C2H6]2+ ions which promptly dissociate since they are formed with energies in excess of various decomposition barriers. Appearance energies computed for doubly-charged ethane fragment ions are in accordance with experimental values.