強(qiáng)激光場(chǎng)中原子的電離問(wèn)題.pdf

1、由于超強(qiáng)超短脈沖激光技術(shù)的發(fā)展以及飛行時(shí)間譜儀、冷靶反沖離子動(dòng)量譜儀(COLTRIMS)等測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，使得強(qiáng)激光場(chǎng)中的原子電離成為原子分子物理中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。隨著實(shí)驗(yàn)中所采用的激光光強(qiáng)的增加，微擾論已經(jīng)不再適用，實(shí)驗(yàn)上報(bào)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(jìn)一步研究。
　　本文利用數(shù)值求解三維含時(shí)薛定諤方程的方法對(duì)隧穿區(qū)域內(nèi)ATI過(guò)程中低能電子的動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行了研究，同時(shí)利用半經(jīng)典再散射模型對(duì)NSDI中電子的動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行了研究。我們發(fā)現(xiàn)電子的經(jīng)典效應(yīng)，例如長(zhǎng)程庫(kù)侖勢(shì)，在電離過(guò)程中占據(jù)了重要的地位，同時(shí)一些量子效應(yīng)，例如共振以及電子波包的擴(kuò)散，對(duì)電離過(guò)程也有影響。主要內(nèi)容如下:
　　通過(guò)數(shù)值求解三維含時(shí)薛定諤方程，對(duì)ATI過(guò)程中的

3、低能電子特性進(jìn)行了研究。我們發(fā)現(xiàn)隨著波長(zhǎng)和光強(qiáng)的增加，較高能量的低能峰（high-energy low-energystructure，HLES）越來(lái)越明顯，該結(jié)果與實(shí)驗(yàn)報(bào)道(Nat.Phys.，2009，5，335; Phys.Rev.Lett.，2009，103，093001)一致。計(jì)算結(jié)果也表明，能譜中在小于1eV處還出現(xiàn)了一個(gè)比較尖銳的峰(very-low-energy structure，VLES)，并且其與縱向動(dòng)量分布中的雙

4、峰結(jié)構(gòu)有對(duì)應(yīng)關(guān)系。進(jìn)一步計(jì)算表明，HLES和VLES對(duì)原子勢(shì)有明顯的依賴性，將長(zhǎng)程勢(shì)換成短程勢(shì)以后，兩個(gè)結(jié)構(gòu)都消失了。因此我們認(rèn)為長(zhǎng)程庫(kù)侖勢(shì)在HLES和VLES的形成過(guò)程中起到了關(guān)鍵性的作用。同時(shí)我們還發(fā)現(xiàn)，在隧穿區(qū)域內(nèi)共振通道依然對(duì)ATI過(guò)程有貢獻(xiàn)，它會(huì)干擾經(jīng)典效應(yīng)引起的縱向動(dòng)量分布的雙峰結(jié)構(gòu)，使得實(shí)驗(yàn)中的雙峰結(jié)構(gòu)沒(méi)有單純考慮經(jīng)典效應(yīng)時(shí)那么明顯。
　　我們把描述線極化場(chǎng)中NSDI的半經(jīng)典模型推廣到了橢圓極化場(chǎng)。我們研究了橢圓極化

5、場(chǎng)中氖原子的NSDI過(guò)程，得到了二價(jià)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(shí)驗(yàn)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(duì)波長(zhǎng)的依賴關(guān)系:在短波區(qū)域，比率隨著波長(zhǎng)的增加快速上升，并且不依賴于偏振度;在長(zhǎng)波區(qū)域比率達(dá)到最大值后開始下降，并且這個(gè)最大值依賴于偏振度。
　　從量子力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，由于不確定性原理，電離過(guò)程中電子初始波函數(shù)應(yīng)該具有有限寬度的動(dòng)量，這樣會(huì)導(dǎo)致波包在隨后的運(yùn)動(dòng)中發(fā)生擴(kuò)散。之前人們?cè)诎虢?jīng)典

6、模型中已經(jīng)考慮了電子波包的橫向擴(kuò)散效應(yīng)對(duì)NSDI的影響[Phys.Rev.A，1996，54，R2551]，在本文中我們對(duì)半經(jīng)典模型進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)，即通過(guò)引入隧穿電子的非零縱向初速度來(lái)模擬電子波包的縱向擴(kuò)散效應(yīng)。我們發(fā)現(xiàn)非零縱向初速度對(duì)雙電離過(guò)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(duì)于z軸方向（極化方向）的動(dòng)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(duì)于x軸方向（

7、橢圓極化情況中的次極化軸方向）的動(dòng)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(dòng)量關(guān)聯(lián)分布與實(shí)驗(yàn)符合得更好。
　　我們用半經(jīng)典再散射模型計(jì)算了線極化場(chǎng)不同光強(qiáng)下氖的電子動(dòng)量關(guān)聯(lián)分布。計(jì)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(qiáng)區(qū)域內(nèi)對(duì)NSDI的貢獻(xiàn)不同:在低光強(qiáng)下SRC占據(jù)主