激光化学

　　激光化学（汉语拼音：Jiguang Huaxue；英语：Laser Chemistry），将激光应用于化学研究的光化学分支学科。主要研究激光和物质相互作用过程中，物质激发态的产生、结构和性质的变化及变化过程中能量的转移，以及如何利用激光引发和控制化学反应。

　　激光技术主要在两方面促进了化学研究：①在研究方法、内容和规模上，激光光源的引入导致传统的线性光化学进入到非线性光化学。②激光能以其高强、单色、调频、偏振等特性，使物质的结构分析更加灵敏、精确，把化学动力学的研究深入到分子的元反应层次上，使化学反应的研究从静态、稳态发展到动态、瞬态。按激光器工作频率的不同，激光化学可分为振动态激光化学和电子态激光化学。

振动态激光化学

　　20世纪70年代初开始把氯化氢激光、氟化氢激光、连续波二氧化碳激光用于红外激光诱导低振动激发态分子的化学反应。1972年高功率的横向激励大气压(TEA)二氧化碳激光器开创了激光化学反应的新局面，实现每个分子能吸收几十个红外光子并导致解离的红外激光化学反应。见红外激光化学。

电子态激光化学

　　继闪光光解技术的发明之后，可见和紫外激光应用于化学反应的研究，开辟了一个新的非常活跃的领域，包括紫外光解、光电离、分子和自由基的诊断和监测、产物能态分布的测量、能量转移和反应速率的测量等，可以提供有关元反应速率常数和反应机理的大量信息。随着激光技术的发展，有可能获得越来越短的激光脉冲，为认识分子的超快过程（如分子内传能、凝聚相的反应、预解离过程、过渡态等）提供了有力的工具。另一方面，真空紫外乃至软X射线波长激光技术的进展和同步辐射光的应用，则为了解光电离、内壳层电子激发等开辟了新的研究领域。利用激光的超短脉冲可在皮秒(10^-15秒)将分子激发到某一微观态的初始态，并用继之而来的其他超脉冲作光源对该初始态作“高强摄影”，发展激光分子光谱法，研究分子在反应过程中能量传递和电荷转移情况。利用激光分子光谱法，以一定波长的激光选择性地激发分子束，使之与其他分子束中的反应物分子碰撞，可对指定能量状态的分子间的相互作用进行详细的观察，并快速鉴定分子结构。用选择红外激光频率的方法对反应物分子中特定的化学键或官能团作选择性激发，使反应在预先设定的部位发生。

　　利用超高强度激光可引发一系列新的化学反应。当光强远低于10¹²瓦/厘米²(微扰范围)时，原子或分子通过与光场的相互作用通常只吸收一个光子。当激光场强度达到10¹²瓦/厘米²时，分子将在非共振光场与分子感应偶极矩相互作用所产生的转动力矩的作用下，沿激光偏振方向排列成直线。这种取向过程可通过把具有相对较长的脉冲持续时间(10纳秒量级)的强光场聚焦来实现。当光强处于10¹²～10¹⁷瓦/厘米²(库仑场范围)时，将观察到完全不同的情况，分子具有特殊的动态行为。当激光场的强度增大到0.1～1拍瓦/厘米²（1拍瓦=10¹⁵瓦）时，分子的电子态将发生剧烈的扰动，分子的势能面将在强激光场中改变形状，因而有可能利用光控制分子的变化过程。当光强达到1拍瓦/厘米²时，分子的几何结构可在仅100飞秒的时间内改变形状，而弯曲形的水分子和二氧化氮分子却将被拉直。当激光强度达到1艾瓦/厘米²（1艾瓦=10¹⁸瓦）时，在激光聚焦区域内的原子和分子物质中会产生等离子体，此时光场的磁场分量对电子的作用将变得和电场分量的作用一样大。在这种超强激光场中，电子的速度增加得如此之大，以至于相对论修正变得必不可少。另外，电子在洛仑兹力的作用下沿着“8”字形运动，而不是沿着平行于激光的偏振方向运动。在超强激光场中还可发生另一个重要现象——核聚变。

　　激光在化学反应中的量子控制方法可分为两类：激光相干量子控制法和激光时间分辨量子控制法。利用激光在化学反应中的量子控制技术可以提高化学反应的效率，缩短和减少化学物质合成与精制的烦琐步骤，以及控制化学反应过程中的副产物的产率。