强激光场下原子单电离的动力学研究

论文摘要

激光技术的发展,使得人们在实验室中能够得到超强超短脉冲,从而在实验室中观察到了许多强激光场与原子分子相互作用发生的非线性现象,如:阈上电离、高阶阈上电离、高次谐波的产生和非序列双电离等等。对这些现象的研究,有助于我们理解电子在微观尺度的超快运动,亦有助于实现原子分子结构成像以及电荷转移、化学反应等过程的实时探测。近几十年来,人们为了研究这些现象背后的机制,做了大量的实验观测与理论研究。基于所谓的三步模型,人们已经成功地解释了许多现象。然而,对许多现象的机制仍存在争议。本文通过数值求解含时薛定谔方程、KFR理论等方法,致力于研究强激光场与原子相互作用单电离现象中的一些问题,其主要内容包括:一、我们研究了从多光子区域到隧穿区域电子的动力学过程。我们通过数值求解含时薛定谔方程,得到了含时的基态布居数。接着,我们对基态布居数做傅里叶变换,得到了基态布居数所携带的频率信息。然后,我们通过分析基态演化的动力学特征,讨论了电子从多光子区域到隧穿区域的运动行为。二、我们提出了一个通过光电子动量谱重构束缚态布居数的方案。外加两束带有时间延迟的激光脉冲并调控时间延迟,我们可以得到不同时间延迟对应的光电子动量谱。接着,对时间延迟做傅里叶变换,我们可以得到所谓的频率分辨的光-电子光谱。通过理论推导可知:这种光谱不同的位置来自于不同的束缚态电离。基于这种特性,我们提出了一个方案来重构各束缚态的布居数,并用数值求解含时薛定谔方程的方法对这种重构方案进行了验证。三、我们从薛定谔方程出发,建立了一个没有激发态的量子模型。我们用这种模型来理解高阶阈上电离中的类共振增强现象。在我们所计算的体系中,模型基本上可以定量地再现薛定谔方程得到的增强结构。这表明了激发态并不是类共振增强的关键因素。此外,基于模型的框架,我们将运动过程分为三个过程:基态到连续态的直接电离、连续态之间的再散射以及连续态到基态的复合过程。我们发现:在连续态之间的再散射过程中,不同动量转移通道之间的干涉是类共振增强形成的原因。而直接电离和复合过程会影响增强结构的一些细节。最后,我们还对增强结构对激光场强和ATI峰的依赖进行了讨论。

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Abstract

第1章绪论

1.1 单电子的电离机制

1.1.1 光电效应

1.1.2 多光子电离

1.1.3 阈上电离

1.1.4 隧穿电离

1.1.5 越垒电离

1.2 其他的非微扰现象

1.2.1 Freeman共振

1.2.2 高阶阈上电离

1.2.3 高次谐波的产生

1.2.4 非序列双电离

1.2.5 再散射图像

1.3 文章结构

第2章理论方法

2.1 含时薛定谔方程

2.1.1 一维薛定谔方程

2.1.2 劈裂算符的时间演化

2.1.3 虚时演化

2.1.4 外区域的时间演化

2.2 强场近似

2.2.1 直接电离

2.2.2 再散射理论

2.3 半经典模型

2.4 本章小结

第3章基于多光子吸收的机制来理解隧穿电离

3.1 研究背景

3.2 理论方法

3.3 KFR理论与TDSE的结果的对比

3.4 基态布居所携带的信息

3.5 电子运动行为的讨论

3.6 虚光子吸收过程对光电子能谱的贡献

3.7 本章小结

第4章频率分辨的光-电子光谱方法实现激发态布居的测量

4.1 研究背景

4.2 理论方法

4.3 频率分辨的光-电子光谱

4.4 重构激发态的布居数

4.5 本章小结

第5章高阶阈上电离的类共振增强中的多通道干涉

5.1 研究背景

5.2 理论方法

5.2.1 模型的推导

5.2.2 截断函数的影响

5.3 类共振增强现象

5.4 类共振增强的机制

5.5 直接电离过程的影响以及Fano线型

5.6 本章小结

第6章总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 徐龙

导师: 傅立斌

关键词: 强场单电离,阈上电离,激发态测量,类共振增强

来源: 中国工程物理研究院

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 中国工程物理研究院

分类号: O562

总页数: 90

文件大小: 8487K

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