强激光场中原子的电离问题

强激光场中原子的电离问题
【摘要】：由于超强超短脉冲激光技术的发展以及飞行时间谱仪、冷靶反冲离子动量谱仪(COLTRIMS)等测量技术的应用,使得强激光场中的原子电离成为原子分子物理中的一个研究热点。

随着实验中所采用的激光光强的增加,微扰论已经不再适用,实验上报道的阈上电离(above-thresholdionization,ATI)中的低能结构(lowenergystructure,LES)以及非次序双电离(nonsequentialdoubleionization,NSDI)中的电子关联等现象有待理论上的进一步研究。

本文利用数值求解三维含时薛定谔方程的方法对隧穿区域内ATI过程中低能电子的动力学行为进行了研究,同时利用半经典再散射模型对NSDI中电子的动力学行为进行了研究。

我们发现电子的经典效应,例如长程库仑势,在电离过程中占据了重要的地位,同时一些量子效应,例如共振以及电子波包的扩散,对电离过程也有影响。

主要内容如下：通过数值求解三维含时薛定谔方程,对ATI过程中的低能电子特性进行了研究。

我们发现随着波长和光强的增加,较高能量的低能峰(high-energylow-energystructure,HLES)越来越明显,该结果与实验报道(Nat.Phys.,2009,5,335;Phys.Rev.Lett,2009,103,093001)一致。

计算结果也表明,能谱中在小于1eV处还出现了一个比较尖锐的峰(very-low-energystructure,VLES),并且其与纵向动量分布中的双峰结构有对应关系。

进一步计算表明,HLES和VLES对原子势有明显的依赖性,将长程势换成短程势以后,两个结构都消失了。

因此我们认为长
程库仑势在HLES和VLES的形成过程中起到了关键性的作用。

同时我们还发现,在隧穿区域内共振通道依然对ATI过程有贡献,它会干扰经典效应引起的纵向动量分布的双峰结构,使得实验中的双峰结构没有单纯考虑经典效应时那么明显。

我们把描述线极化场中NSDI的半经典模型推广到了椭圆极化场。

我们研究了椭圆极化场中氖原子的NSDI过程,得到了二价氖离子的产率随椭圆偏振度的变化关系,该结果与实验结果符合的很好。

我们还研究了不同偏振度下比率Ne2+/Ne+对波长的依赖关系：在短波区域,比率随着波长的增加快速上升,并且不依赖于偏振度；在长波区域比率达到最大值后开始下降,并且这个最大值依赖于偏振度。

从量子力学的观点出发,由于不确定性原理,电离过程中电子初始波函数应该具有有限宽度的动量,这样会导致波包在随后的运动中发生扩散。

之前人们在半经典模型中已经考虑了电子波包的横向扩散效应对NSDI的影响[Phys.Rev.A,1996,54,R2551],在本文中我们对半经典模型进行了进一步的改进,即通过引入隧穿电子的非零纵向初速度来模拟电子波包的纵向扩散效应。

我们发现非零纵向初速度对双电离过程中的单次返回碰撞轨道(singlereturncollision,SRC)有明显的抑制效应。

对于z轴方向(极化方向)的动量关联分布,非零纵向初速度使分布的中心区域明显减少。

对于x轴方向(椭圆极化情况中的次极化轴方向)的动量关联分布,考虑非零纵向初速度后$RC的分布明显变窄了。

在线极化情况下考虑非零纵向初速度后电子动量关联分布与实验符合得更好。

我们用半经典再散射模型计算了线极化场不同光强下氖的电子动量关联分
布。

计算结果表明,两种经典碰撞轨道(singlereturncollision,SRC和multireturncollision,MRC)在不同光强区域内对NSDI的贡献不同：在低光强下SRC占据主导地位而在高光强下MRC占据主导地位。

通过与量子S矩阵理论得到的结果进行比较,我们发现,现有的S矩阵理论中忽略了离子势对电子的影响,这就使得该理论中没有包含离子对电子波包的库仑聚焦作用,从而导致MRC的贡献被低估。

【关键词】：阂上电离非次序双电离再散射机制低能结构单次返回碰撞多次返回碰撞
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O562.4
【目录】：中文摘要8-10ABSTRACT10-13引言13-15第一章绪论15-471.1引言151.2超强超短脉冲激光15-181.3强激光场中原子电离的研究进展18-341.3.1阈上电离(ATI)18-251.3.2非次序双电离(NSDI)25-341.4强激光场中原子电离的重要机制：再散射机制34-38参考文献38-47第二章ATI光电子谱中的低能结构47-652.1引言47-482.2求解三维含时薛定谔方程的数值方法介绍48-512.3ATI光电子谱中的低能结构51-612.3.1激光参数对低能结构的影响51-562.3.2
长波长激光中共振对ATI的影响56-572.3.3低能结构形成的原因57-612.4本章小结61-62参考文献62-65第三章NSDI中的电子动力学65-1013.1引言653.2半经典模型简介65-683.3电离电子的轨道分类68-723.4椭圆极化场对NSDI的影响72-773.5隧穿电子纵向初速度对NSDI的影响77-903.5.1线极化情况78-843.5.2椭圆极化情况84-903.6SRC和MRC对NSDI的贡献90-953.7本章小结95-97参考文献97-101总结与展望101-103攻读博士学位期间已发表论文和待发表的论文103-104致谢104-106 本论文购买请联系页眉网站。