论文摘要
随着激光技术的不断发展,超短超强激光脉冲驱动原子或分子会产生许多新的物理现象,如多光子电离,阈上电离,序列双电离,非序列双电离,高次谐波发射,阿秒脉冲产生等等,这些现象无论是从理论研究还是从实际应用角度都获得了人们广泛的关注。其中,非序列双电离过程中由于电子与电子之间具有高度的关联性,因此研究非序列双电离成为复杂课题之一。非序列双电离反映了原子分子物理中既基本又复杂的电子动力学过程,它吸引了研究人员的研究兴趣。人们在He原子电子关联动量谱中观测到了明显的“V”形结构,这个结构就暗示了非序列双电离中不仅仅是重碰撞电离过程那么单一,其中还存在着更复杂的微观动力学过程。大量的实验和理论已经对强激光场中稀有气体原子非序列双电离进行了研究,如Ar原子在线偏振激光场中的非序列双电离动力学过程,相比较而言,少数的实验和理论关注Mg原子的非序列双电离动力学过程,因而其背后的物理机制需要更详细的讨论和研究。此外,激光技术的发展也推动了对原子与不同激光场作用下非序列双电离的复杂机制研究,且提高了人们对非序列双电离更深入的理解和认识。2016年,实验上第一次观测到双色反旋圆偏振激光场中的非序列双电离,并通过调节激光场强度比值来增强或抑制非序列双电离几率。由于双色反旋圆偏振激光场中有许多可调节的参数,如电场振幅比值,相对相位和椭圆率等,这使得我们可以设定不同形式的激光脉冲来调控非序列双电离的电子电离动力学过程。因此,使得双色反旋圆偏振激光场驱动电子的轨迹变的很复杂,其显著的变化依赖于驱动激光场的形状。上述观测结果和理论分析引起了人们研究的热潮。本文基于最新的实验观测以及理论分析结果,研究了圆偏振激光场和双色反旋圆偏振激光场中原子非序列双电离的复杂机制,创新结果概括如下:（1）研究了Mg原子在圆偏振激光场作用下非序列双电离的时间关联性和动量关联性。统计分析了快电子和慢电子的动量分布,以及同向（side-by-side）发射和背向（back-to-back）发射的时间关联性。Mg原子快慢电子的动量分布与Liu等人报道过的Ar原子的实验结果和理论结果相类似。通过延迟时间的长短,区分了重碰撞电离和重碰撞诱导激发后续电离机制,还研究了激光场末时刻两个电离电子的关联性。数值计算结果表明:两个电子以同向形式发射时,更容易在同一时刻发生电离。此外,在重碰撞诱导激发后续电离机制中,电子更倾向于向相反的方向发生电离,即两个电子的关联性是反关联的。然而,对于重碰撞电离机制,电子更倾向于向相同的方向发射,即两个电子的关联性是正关联的。（2）对长周期圆偏振激光脉冲中Mg原子非序列双电离的经典轨迹进行了分析。理论模拟了两个电子的能量,电子与电子之间排斥势能,两个电子分别与核之间距离随时间演化的分布,还模拟了电子在电离、回核,整个过程中的运动轨迹。研究了第一个电子电离时刻,激光场力的瞬时方向和动量之间夹角相对于动量的分布。其结果表明:长周期圆偏振激脉冲与Mg原子相互作用产生的非序列双电离过程中,只发生一次重碰撞,但发生在不同的时刻。追踪的电子轨迹表明,电离的电子被拉远或拉近,以椭圆轨迹绕母离子运动多次,但只发生一次重碰撞。此外,激光场力的瞬时方向和动量之间的夹角减小的时候,初始横向速度减小,则其补偿漂移的速度减小,返回母离子的电子绕母核多次,因而影响了不同轨迹的重碰撞时刻。（3）研究了Ar原子在双色反旋圆偏振激光场作用下非序列双电离的复杂多重碰撞。通过追踪非序列双电离的经典轨迹,我们分析发现非序列双电离过程中不仅存在一次重碰撞非序列双电离,还存在两次重碰撞非序列双电离。此外,理论模拟了两种非序列双电离的离子反冲动量谱,并对两种非序列双电离中的重碰撞电离和重碰撞诱导激发后续电离两种电离机制进行区分。结果表明,不论是一次重碰撞或是两次重碰撞的非序列双电离,都呈现出明显的反关联现象与线偏振激光场中的两种非序列双电离机制不同。在两种非序列双电离的重碰撞电离和重碰撞诱导激发后续电离机制中,两个电子都遵从先前规律,即当发生的是重碰撞电离机制时,正关联行为占主导,当发生的是重碰撞诱导激发后续电离时,反关联行为占主导。与此同时,讨论了相同激光场条件下,发生一次碰撞和两次碰撞产生的相关原因。发生一次重碰撞非序列双电离的时间要比发生两次重碰撞非序列双电离的时间要短。通过对重碰撞能进行统计分析发现,一次重碰撞非序列双电离能量传递比两次非序列双电离能量传递的总能量要稍大些,因此一次重碰撞非序列双电离发生的稍快一些。我们还讨论了重碰撞时刻,激光场瞬时力的方向与动量方向之间的夹角和动量的关系,结果表明角分布越小,动量越大,发生的碰撞才能导致两次重碰撞非序列双电离发生,因此这个角度和动量是影响其重碰撞的次数其中的一个原因。（4）理论模拟了Ar原子和Mg原子在双色反旋圆偏振激光场中椭圆率变化对非序列双电离的影响,对比两种原子的理论结果发现,两者之间有着一定的差异:（a）不断增加椭圆率使得Ar原子随激光场强度变化的双电离产额也在增加,但对于Mg原子来说这个双电离产额几乎不变。（b）椭圆率的变化影响Ar原子沿着x-方向的电子关联动量谱和离子反冲动量谱中的电子之间的关联性,对于Mg原子的影响却很小。（c）通过分析在碰撞时刻,沿着x-方向的电子动量关联分布发现飞行时间和椭圆率会影响两个电子的发射方向。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 徐彤彤
导师: 刘学深
关键词: 非序列双电离,关联性,经典轨迹,双色反旋圆偏振激光场,多重碰撞,椭圆率
来源: 吉林大学
年度: 2019
分类: 基础科学,信息科技
专业: 物理学,物理学,无线电电子学
单位: 吉林大学
分类号: O562.4;TN24
总页数: 116
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