橢圓偏振激光場中原子單電離動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、原子在強(qiáng)激光場中的電離是光與物質(zhì)相互作用的一個(gè)重要方面，對它的研究不僅具有重要的科學(xué)價(jià)值，而且具有廣闊的應(yīng)用前景。一方面隧穿電離和多光子電離等強(qiáng)場物理新現(xiàn)象可以幫助我們認(rèn)識到原子本身的性質(zhì)并促進(jìn)其他學(xué)科的發(fā)展，另一方面由這些新現(xiàn)象可以衍生出許多新技術(shù)如超快測量等。其中，阿秒鐘技術(shù)就是依據(jù)原子在橢圓偏振脈沖激光場中的電離發(fā)展而來的，因此近年來原子在橢圓偏振激光場中表現(xiàn)出來的電離性質(zhì)成為強(qiáng)場物理中備受矚目的一個(gè)焦點(diǎn)。本論文就重點(diǎn)研究了強(qiáng)橢圓

2、偏振場中原子電離的殘存機(jī)制、庫侖勢對電子角分布的影響以及橢偏率對光電子能譜的制約等問題。理論研究借助的主要工具是隧穿電離半經(jīng)典系綜模型，它具有具有物理圖像清晰、計(jì)算量小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用來解釋強(qiáng)激光場中原子電離現(xiàn)象。所得研究成果為理解極端條件下電子復(fù)雜動(dòng)力學(xué)行為和進(jìn)一步開發(fā)阿秒鐘等先進(jìn)光學(xué)技術(shù)具有非常重要的意義。全文共六章主要內(nèi)容如下:
　　第一章:簡單回顧了超短超強(qiáng)激光發(fā)展歷史，介紹了強(qiáng)場物理的新奇現(xiàn)象以及研究意義，并給出我們的研究

3、課題和全文安排。
　　第二章:依次介紹了強(qiáng)場物理研究常用三種理論體系，分別是全經(jīng)典理論、全量子理論和半經(jīng)典理論。通過比較各自的優(yōu)缺點(diǎn)，我們發(fā)現(xiàn)半經(jīng)典理論在實(shí)施起來最為簡單有效，并將它推廣到橢圓偏振激光場中。
　　第三章:深入闡述了橢圓偏振激光場中原子電離殘存機(jī)制。在這一部分我們主要研究了稀有氣體原子和堿土金屬原子在不同橢偏率下的殘存情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)從特定激光初始相位和初始橫向速度窗口隧穿的原子在激光脈沖結(jié)束之后不會(huì)電離。我們命

4、名該窗口為殘存窗口。殘存窗口隨激光橢偏率移動(dòng)，且窗口寬度與激光強(qiáng)度和原子電離能有關(guān)。中性原子產(chǎn)率可以通過對從殘存窗口出射的所有電子的隧穿率求和得到。我們的理論定量地重現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)上觀測到的氦原子產(chǎn)率隨激光橢偏率的分布。對于其它電離能比較小的原子例如鎂原子，從殘存窗口理論計(jì)算所得中性原子產(chǎn)率分布比強(qiáng)場近似模型要寬，但更接近三維半經(jīng)典電子系綜模擬結(jié)果，這說明庫侖效應(yīng)對電離能比較小的原子的隧穿影響更大。而殘存窗口理論與半經(jīng)典理論結(jié)果差異是由于電子

5、軌道沒有考慮多次散射造成的。另外，我們還研究了原子殘存率隨橢偏率變化函數(shù)對激光強(qiáng)度的敏感關(guān)系，這對標(biāo)定超強(qiáng)場激光強(qiáng)度有一定指導(dǎo)意義。
　　第四章:分析了橢圓偏振激光場中庫侖作用對原子電離角分布的影響。研究發(fā)現(xiàn)，直接電離過程中的庫侖作用對角分布不對稱結(jié)構(gòu)的形成起主導(dǎo)作用，而再散射會(huì)對電子從各個(gè)方向的出射幾率有一定的微調(diào)作用。另外，我們發(fā)現(xiàn)再散射對電子的庫侖作用由散射后瞬間電子的位移和速度決定。并給出兩種方法來修正直接電離過程，其中“

6、有效庫侖點(diǎn)修正”對電離能比較大的原子修正較好，但不適用于電離能比小的原子，而“有效庫侖線段修正”正好彌補(bǔ)了這一缺點(diǎn)，但是它的近似程度很大，還需要進(jìn)一步地完善。原子電離能和激光橢偏率共同決定電子角分布峰值位置，而激光強(qiáng)度的大小可以用來控制峰的尖銳程度。
　　第五章:研究了強(qiáng)橢圓偏振激光場中的原子電離能譜。研究發(fā)現(xiàn)，橢圓偏振光場中的能譜由光滑下降區(qū)和振蕩平臺區(qū)兩部分構(gòu)成，但受橢偏率影響很大。隨著橢偏率增大，能譜主峰值不斷向能量大的方向