強激光場中原子的電離問題.pdf

1、由于超強超短脈沖激光技術(shù)的發(fā)展以及飛行時間譜儀、冷靶反沖離子動量譜儀(COLTRIMS)等測量技術(shù)的應(yīng)用，使得強激光場中的原子電離成為原子分子物理中的一個研究熱點。隨著實驗中所采用的激光光強的增加，微擾論已經(jīng)不再適用，實驗上報道的閾上電離（above-threshold ionization，ATI）中的低能結(jié)構(gòu)(low energystructure，LES)以及非次序雙電離(nonsequential double ionizati

2、on，NSDI)中的電子關(guān)聯(lián)等現(xiàn)象有待理論上的進一步研究。
　　本文利用數(shù)值求解三維含時薛定諤方程的方法對隧穿區(qū)域內(nèi)ATI過程中低能電子的動力學(xué)行為進行了研究，同時利用半經(jīng)典再散射模型對NSDI中電子的動力學(xué)行為進行了研究。我們發(fā)現(xiàn)電子的經(jīng)典效應(yīng)，例如長程庫侖勢，在電離過程中占據(jù)了重要的地位，同時一些量子效應(yīng)，例如共振以及電子波包的擴散，對電離過程也有影響。主要內(nèi)容如下:
　　通過數(shù)值求解三維含時薛定諤方程，對ATI過程中的

3、低能電子特性進行了研究。我們發(fā)現(xiàn)隨著波長和光強的增加，較高能量的低能峰（high-energy low-energystructure，HLES）越來越明顯，該結(jié)果與實驗報道(Nat.Phys.，2009，5，335; Phys.Rev.Lett.，2009，103，093001)一致。計算結(jié)果也表明，能譜中在小于1eV處還出現(xiàn)了一個比較尖銳的峰(very-low-energy structure，VLES)，并且其與縱向動量分布中的雙

4、峰結(jié)構(gòu)有對應(yīng)關(guān)系。進一步計算表明，HLES和VLES對原子勢有明顯的依賴性，將長程勢換成短程勢以后，兩個結(jié)構(gòu)都消失了。因此我們認為長程庫侖勢在HLES和VLES的形成過程中起到了關(guān)鍵性的作用。同時我們還發(fā)現(xiàn)，在隧穿區(qū)域內(nèi)共振通道依然對ATI過程有貢獻，它會干擾經(jīng)典效應(yīng)引起的縱向動量分布的雙峰結(jié)構(gòu)，使得實驗中的雙峰結(jié)構(gòu)沒有單純考慮經(jīng)典效應(yīng)時那么明顯。
　　我們把描述線極化場中NSDI的半經(jīng)典模型推廣到了橢圓極化場。我們研究了橢圓極化

5、場中氖原子的NSDI過程，得到了二價氖離子的產(chǎn)率隨橢圓偏振度的變化關(guān)系，該結(jié)果與實驗結(jié)果符合的很好。我們還研究了不同偏振度下比率Ne2+/Ne+對波長的依賴關(guān)系:在短波區(qū)域，比率隨著波長的增加快速上升，并且不依賴于偏振度;在長波區(qū)域比率達到最大值后開始下降，并且這個最大值依賴于偏振度。
　　從量子力學(xué)的觀點出發(fā)，由于不確定性原理，電離過程中電子初始波函數(shù)應(yīng)該具有有限寬度的動量，這樣會導(dǎo)致波包在隨后的運動中發(fā)生擴散。之前人們在半經(jīng)典

6、模型中已經(jīng)考慮了電子波包的橫向擴散效應(yīng)對NSDI的影響[Phys.Rev.A，1996，54，R2551]，在本文中我們對半經(jīng)典模型進行了進一步的改進，即通過引入隧穿電子的非零縱向初速度來模擬電子波包的縱向擴散效應(yīng)。我們發(fā)現(xiàn)非零縱向初速度對雙電離過程中的單次返回碰撞軌道(single return collision，SRC)有明顯的抑制效應(yīng)。對于z軸方向（極化方向）的動量關(guān)聯(lián)分布，非零縱向初速度使分布的中心區(qū)域明顯減少。對于x軸方向（

7、橢圓極化情況中的次極化軸方向）的動量關(guān)聯(lián)分布，考慮非零縱向初速度后SRC的分布明顯變窄了。在線極化情況下考慮非零縱向初速度后電子動量關(guān)聯(lián)分布與實驗符合得更好。
　　我們用半經(jīng)典再散射模型計算了線極化場不同光強下氖的電子動量關(guān)聯(lián)分布。計算結(jié)果表明，兩種經(jīng)典碰撞軌道(single return collision，SRC和multi return collision，MRC)在不同光強區(qū)域內(nèi)對NSDI的貢獻不同:在低光強下SRC占據(jù)主