脉冲激光诱导的分子定取向动力学研究

发布时间：2020-07-17 07:27

【摘要】：随着激光技术的发展,激光与分子的相互作用已经在理论以及实验上引起了科学家的广泛关注。本篇学位论文是在刚性转子近似下,通过利用密度矩阵理论模拟激光脉冲诱导下分子的定向和取向。我们主要讨论了超高斯脉冲,椭圆偏振脉冲诱导下的双原子分子定取向以及整型啁啾脉冲诱导下的对称陀螺分子的定向等方面的问题。第一章,我们简单介绍了分子取向和定向的研究意义以及研究进展。第二章,我们主要介绍了激光脉冲的基本知识、分子定取向的定义和两种主要机制、分子转动的基本知识、密度矩阵理论的定义和性质以及分子定取向的两种主要的理论计算方法。第三章,我们提出了采用超高斯脉冲来诱导实现CO分子的定向。与高斯脉冲诱导的分子定向相比,在相同的参数下,超高斯脉冲诱导的分子定向能获得更高的定向度。通过比较最大定向度随时间的变化发现,超高斯脉冲诱导分子定向更难达到纯绝热状态,因此具有更多的脉宽进行选择来实现无场定向。通过增加形状参数N,以及选择合适的激光强度能够有效的提高分子定向度。此外相比于高斯脉冲,超高斯脉冲更适合在较高温度下诱导分子定向。第四章,我们提出了采用两束椭圆偏振脉冲诱导实现CO分子的定取向。结果表明使用椭圆偏振光可以有效的实现三维的分子取向和二维的分子定向,分子定向只沿着x,y两个偏振方向,这种现象与相关的转动态布居有关系。通过改变椭圆参数可以有效的控制场中和场后的分子定取向。另外,两束椭圆偏振光的延迟时间也是影响分子定取向的重要因素。第五章,我们提出了采用太赫兹频率的整型啁啾脉冲诱导实现CH_3Cl分子的定向。通过与不加啁啾部分的结果进行对比,我们发现在相同的激光参数下,这种整型啁啾脉冲更有利于提高分子的定向度。为了获取更高的定向度,我们分析了啁啾参数、形状参数等对分子最大定向度的影响,研究表明通过选择合适的啁啾参数以及形状参数,可以有效的增大分子的最大定向度;研究发现分子的最大定向度与激光能量的不对称度有着密切的关系。我们还发现由于相位的瞬间变化,这种整型啁啾脉冲诱导的分子定向无法达到纯绝热状态。除此之外,具有特定KM值的初始转动态也会对分子的定向产生较大的影响。第六章,我们对本文的三个研究工作进行了总结,然后对下一步的工作进行了展望。
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN249;O561
【图文】：

皮秒,飞秒,脉冲,半高宽

知识 60 年代，红宝石激光器诞生以后，激光技术已经取得了飞物质相互作用的研究已经取得了很大的突破，加深了人们对偏振脉冲，它可以表示为[41]()()cos()0E t Eft t 的电场强度，是激光的频率，是激光的相位。 f (t)是激脉冲形状为高斯型的，它的包络函数可以表示为()exp(/)22f t t

超高斯,形状参数,脉冲,太赫兹

图 2.2 超高斯型脉冲形状参数[42,43]。除了以上两种形状的脉冲，其它例如方形子取向和定向中有较为广泛的应用[44-47]。本文第三章对超向动力学进行了比较。指的是脉冲中心频率在太赫兹频率段的激光脉冲，其频z 之间，其波长介于红外光和微波之间。太赫兹脉冲具有以宽很窄，其大约在皮秒量级，利用太赫兹谱可以有效地对脉冲的能量较低，不容易对分子产生破坏；3. 太赫兹脉冲频率在一个数量级，因此非常适合应用于材料分子以及生些优点，本论文也选择了太赫兹脉冲进行分子取向和定向要分为半周期太赫兹脉冲和周期性太赫兹脉冲，对于前者表现为在单方向上存在一个主峰，基于这种特性，它被广学研究中，但是目前半周期太赫兹脉冲在实验上还难以实

太赫兹,脉冲

图 2.3 太赫兹脉冲和定向下，在没有外部因素作用时，空间中的分子都会呈现出一种杂性分布。现如今控制分子的这种空间取向以及定向分布，已经波的产生、化学反应等领域起到了重要的作用。分子的取向是中的一条固定的方向，一般指激光脉冲的偏振方向；分子的定不仅要求分子轴有着固定的朝向，还要求分子具有固定的“头，因为其具有永久偶极矩，它可以与激光脉冲发生偶极相互作对于非极性分子，由于其不具有永久偶极矩，在与脉冲发生相偶极矩，所以其定向度通常较小，我们更多的是研究它的取向时通常采用和 2cos 来 cos 表示

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