強(qiáng)場誘導(dǎo)小分子的激發(fā)過程及其含時(shí)波包動(dòng)力學(xué)理論研究.pdf

1、分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)(Molecular Reaction Dynamics)是前沿的化學(xué)物理研究領(lǐng)域。它應(yīng)用了先進(jìn)的現(xiàn)代物理化學(xué)分析方法，是從原子、分子層次出發(fā)研究不同狀態(tài)下和不同分子體系中單分子的基元化學(xué)反應(yīng)的微觀動(dòng)態(tài)、反應(yīng)過程和反應(yīng)機(jī)理的科學(xué)。分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究不僅可以闡明分子反應(yīng)過程中各種瞬態(tài)物種的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和作用，還能以態(tài)-態(tài)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，以及對分子相干態(tài)之間的作用的深入研究來闡明化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)在規(guī)律。含時(shí)波包方法作為物理化學(xué)研究領(lǐng)域

2、的重要分支之一，在研究強(qiáng)激光場中分子振動(dòng)激發(fā)和分子電離時(shí)已被證明是一種行之有效的方法，其理論框架在分子物理及場與物質(zhì)相互作用等多方面都得到了廣泛應(yīng)用。含時(shí)波包方法具有許多優(yōu)點(diǎn)，除了數(shù)值計(jì)算上的高效率外，還能為動(dòng)力學(xué)提供了物理意義明確而直觀的圖像，它既具有經(jīng)典的直觀，又不乏量子力學(xué)的準(zhǔn)確。另外，含時(shí)量子波包方法尤其適用于研究體系隨時(shí)間演化的問題。
　　利用超短激光脈沖研究分子動(dòng)力學(xué)是當(dāng)今國內(nèi)外的一個(gè)前沿研究課題。相比于實(shí)驗(yàn)的研究，從

3、理論上去理解、分析和探索超短激光脈沖作用下分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是必不可少的研究工作。由于含時(shí)量子波包方法計(jì)算簡單，比較容易實(shí)現(xiàn)，且能夠詳細(xì)描述系統(tǒng)的時(shí)變動(dòng)力學(xué)信息，因此它被廣泛地應(yīng)用于分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的各項(xiàng)研究中。對強(qiáng)場下分子的躍遷激發(fā)以及光電離行為的理論研究主要集中在一些小分子上，一維兩態(tài)問題在小分子的動(dòng)力學(xué)理論處理中是最簡單的情況。強(qiáng)場下小分子躍遷激發(fā)的處理不僅對處理大分子的強(qiáng)場效應(yīng)有借鑒作用，還對理解和實(shí)施原子與分子過程的激光操控具有重要

4、的理論和實(shí)踐意義。
　　本論文基于量子力學(xué)含時(shí)波包傳播中的劈裂算符-傅立葉變換方法，研究NO和ClO基在強(qiáng)激光場下不同電子態(tài)上不同振動(dòng)能級的粒子數(shù)布居隨激光參數(shù)的變化情況。主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的工作:
　　(1)介紹與本工作有關(guān)的波包動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論。首先給出波包的基本概念以及在動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用，然后以雙原子分子為例展示了如何求解體系對應(yīng)特定條件哈密頓量的含時(shí)薛定諤方程，提供了從求解耦合薛定諤方程到得出波包動(dòng)力學(xué)信息的數(shù)值工具

5、。波包動(dòng)力學(xué)的這些理論同飛秒時(shí)間分子物理和分子化學(xué)聯(lián)系起來了。
　　(2)利用傅立葉格點(diǎn)-哈密頓方法求解了含時(shí)薛定諤方程，得到基態(tài)束縛態(tài)的初始波函數(shù)，進(jìn)而利用激光脈沖作用得到相應(yīng)激發(fā)態(tài)波包。利用劈裂算符-傅立葉變換方法演化波包，從而實(shí)現(xiàn)波包的傳播。計(jì)算過程中利用傅立葉變換方法實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)空間和動(dòng)量空間的表象變換，來實(shí)現(xiàn)哈密頓算符對波函數(shù)的作用，這是因?yàn)樽鴺?biāo)表象中勢能算符是對角化的，而動(dòng)能算符在動(dòng)量表象中是對角化的。
　　(3)計(jì)

6、算了NO分子和ClO基基態(tài)和激發(fā)態(tài)上不同振動(dòng)能級的粒子數(shù)布居隨激光參數(shù)的變化情況。計(jì)算結(jié)果表明，隨著激光參數(shù)的改變激發(fā)態(tài)上耦合最強(qiáng)的振動(dòng)能級，即激發(fā)態(tài)上處于共振區(qū)的振動(dòng)能級粒子數(shù)最多，通過改變激光參數(shù)可以改變激發(fā)態(tài)上的共振區(qū)域，從而使不同振動(dòng)能級的粒子數(shù)發(fā)生改變。泵浦-探測延遲時(shí)間也會(huì)對不同振動(dòng)能級的粒子數(shù)布居有影響，因?yàn)檠舆t時(shí)間的改變導(dǎo)致兩束激光的耦合強(qiáng)度不一樣。所得的結(jié)論不僅有助于理解強(qiáng)場下分子的動(dòng)力學(xué)行為，而且對實(shí)現(xiàn)激光能量控制化