共振增强多光子离子化

共振增强多光子离子化（Resonance enhanced multiphoton ionization，REMPI），或译称共振增强多光子电离或多光子共振游离，是一种用来侦测原子和小分子的光谱方法。这个方法透过一个可调式激光来选择性地将原子或分子激发到某一共振的中间态；此被激发的原子或分子再被激发，并产生电离。

命名法若原子或分子被激发到中间态需要一个光子，再接着另一个同波长(或频率、能量)的光子将其激发电离，则命名为 (1+1) REMPI；同理，若将其激发到中间态需二个或三个光子，则称 (2+1) REMPI 或 (3+1) REMPI。若将其电离的光子波长不同于将其激发到中间态的光子波长，则命名为 (1+1') REMPI，(2+1') REMPI 或 (3+1') REMPI，其他则以此类推。

应用共振增强多光子离子化1需要高强度的紫外或可见光光子，通常需要使用脉冲式激光，并将其聚焦，其离子化效率非常高，可接近 100%。也因为使用脉冲激光，所以侦测方式可以使用飞行时间质谱仪。共振增强多光子离子化除了应用在光谱研究外，也可研究释放电子的能量与角分布等。此外，也被广泛的使用在光分解离子成像。

微波检测来自REMPI的相干微波瑞利散射（Radar）最近已被证明具有实现高空间和时间分辨率测量的能力，其允许灵敏的非侵入式诊断和精确测定浓度分布而无需使用物理探针或电极。它已被应用于封闭细胞，露天和大气火焰中的物质如氩，氙，一氧化氮，一氧化碳，一氧化氮，原子氧和甲基的光学检测。

微波检测基于零差或外差技术。它们可以通过抑制噪声并跟随亚纳秒等离子体的产生和演变来显着提高检测灵敏度。零差检测方法将检测到的微波电场与其自身的源混合，以产生与两者的乘积成比例的信号。信号频率从几十千兆赫兹转换到低于一千兆赫兹，以便可以使用标准电子设备放大和观察信号。由于与零差检测方法相关的高灵敏度，微波状态下缺乏背景噪声，以及与激光脉冲同步的检测电子器件的时间选通能力，即使使用毫瓦微波源也可以实现非常高的SNR。这些高SNR允许微波信号的时间行为遵循亚纳秒时间尺度。因此，可以记录等离子体内的电子寿命。通过使用微波循环器，已经构建了单个微波喇叭收发器，这显着简化了实验装置。

微波区域中的检测与光学检测相比具有许多优点。使用零差或外差技术，可以检测电场而不是电力，因此可以实现更好的噪声抑制。与光外差技术相比，参考的对准或模式匹配是不必要的。微波的长波长导致激光聚焦体积中等离子体的有效点相干散射，因此相位匹配不重要并且向后方向的散射很强。许多微波光子可以从单个电子散射，因此可以通过增加微波发射器的功率来增加散射的幅度。微波光子的低能量相当于每单位能量数千个光子比可见光区域多，所以散粒噪音大幅减少。对于痕量物质诊断的弱电离特性，测量的电场是电子数量的线性函数，其与痕量物质浓度成正比。此外，微波光谱区域中的太阳光或其他自然背景辐射非常少。

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所