激光短脈沖激發(fā)外場中里德堡波包動力學性質的研究.pdf

1、從二十世紀九十年代開始，原子物理中里德堡原子電子波包的量子控制的研究就已經(jīng)開始，所有此領域的工作的共同點在于使用短脈沖激光產(chǎn)生里德堡態(tài)電子波包。里得堡波包是研究經(jīng)典與量子力學之間的關系的一個理想模型，隨著激光與鎖相脈沖技術的迅速發(fā)展，外場中里德堡原子與短脈沖的相互作用成為研究里德堡波包動力學的一種重要手段。各種各樣相干控制的理論和實驗也隨之產(chǎn)生，如泵浦—探測技術、鎖相脈沖技術與半經(jīng)典理論相結合的里德堡波包干涉法。通過實驗已經(jīng)觀測到不存在

2、任何外場的里德堡原子被一束短脈沖激發(fā)產(chǎn)生的徑向定域波包，波包在很短時間內(nèi)的運動是沿經(jīng)典軌道的。但是，一段時間之后，由于波包在演化過程中會產(chǎn)生分裂和復現(xiàn)，波包的演化會變得很復雜；因此真實原子體系的波包動力學性質是非常復雜的。 應用電子波包分析量子體系的動力學性質也是近年來研究量子—經(jīng)典對應關系的一個重要方面。而自動關聯(lián)函數(shù)是反映波包動力學性質的一個重要參量，并且在實驗上是一個可觀測量，因而如何計算體系的自動關聯(lián)函數(shù)已經(jīng)成為一個亟待

3、解決的問題。計算自動關聯(lián)函數(shù)可以有多種方法，最為直接的一種方法將t時刻的波包表示為體系的各個本征態(tài)的疊加，然后求交疊積分的值。但是，實際上只有極少數(shù)的幾種特殊情況可以用這種方法。另外一種方法是含時的半經(jīng)典傳播方法，將波包表示成一些徑直傳播的小子波的和的形式，應用這種方法可以求得運動場的自動關聯(lián)函數(shù)。 在本課題中，我們采用半經(jīng)典閉合軌道理論和微擾理論相結合的方法給出了外場中原子或負離子的自動關聯(lián)函數(shù)。結果顯示，無論是在單脈沖還是在

4、雙脈沖情況下，自動關聯(lián)函數(shù)都可以表示成許多修正的高斯項的和的形式，其中每一個修正的高斯項來源于閉合軌道理論中振子強度密度中的振蕩項。自動關聯(lián)函數(shù)中的每一個修正的高斯項表現(xiàn)為一個峰，峰的中心位置、高度、寬度以及其它性質可由激光短脈沖和閉合軌道理論中的一系列的參數(shù)來表征。 對于利用外場中里德堡原子與短脈沖的相互作用來研究氫里德堡波包動力學的性質，本文在以前工作的基礎上作了進一步的探索。我們的工作既是對半經(jīng)典理論的推廣，又是對該理論的

5、驗證和完善。因為H原子體系是一個在實驗上可以被測量的體系，所以從另一方面來說，我們得到的結果對于實驗研究具有重要的參考意義，同時也有助于對更復雜的體系，如He、堿金屬原子體系開展研究。 論文共分為五章。第一章為綜述，主要從總體上介紹了半經(jīng)典閉合軌道理論和波包動力學理論的發(fā)展，我們所選的課題以及本文重點進行的工作。第二章介紹了激光短脈沖激發(fā)外場中里德堡波包的物理圖像和計算里德堡波包的自動關聯(lián)函數(shù)的幾種方法，引入了標度律的概念。在第