飞秒强激光场中原子的里德堡激发及电离动力学研究
发布时间：2022-10-09 14:55
激光技术的发展极大地推动了现代物理学的进步,特别是飞秒强激光脉冲的出现使得人们能够在极端条件下研究物质的微观结构和原子及其内部电子的动力学性质。近年来,人们在实验上观测到了一系列新奇的非线性物理现象,如阈上/高阶阈上电离、非顺序双电离、高次谐波产生等,其中强场里德堡态激发作为一种新的强场现象,不仅被认为是隧穿-再散射过程的重要补充,而且在光控化学反应、中性粒子加速和量子信息等领域同样有重要的应用前景。本论文利用量子理论方法系统地研究了飞秒强激光场驱动下原子的激发和电离动力学性质。采用不同的光场参数我们研究了不同种类原子体系中的电子动力学行为,对强场中性里德堡原子激发和激发态对电离行为的影响进行了深入的讨论。在此基础上,我们还进一步发展了低频激光场中研究原子激发态行为的Kramers-Henneberger量子方法,很好地解释了相关物理现象。论文主要研究工作如下:（1）研究了稀有气体原子的强场里德堡激发行为和里德堡原子的电离调控。通过理论计算,给出了中性激发态原子以及电子产量随光场强度的改变规律,观察到了两种产量中的反向振荡结构。结合光场作用下激发态能级和电离阈值边界的移动以及偶极跃迁选...
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 超快强激光脉冲作用下原子的电离
1.2.1 多光子电离
1.2.2 隧穿电离
1.2.3 越垒电离
1.3 基于重散射过程的三步模型
1.3.1 高阶阈上电离
1.3.2 非顺序双电离
1.3.3 高次谐波产生
1.4 强场里德堡态激发
1.4.1 强场里德堡激发的物理机制
1.4.2 强场里德堡激发的研究进展
1.4.2.1 原子的强场里德堡激发
1.4.2.2 分子的强场里德堡激发
1.5 本论文的主要工作简述
第二章 理论方法
2.1 全经典系综模型
2.2 半经典模型
2.2.1 基于量子轨道分析的蒙特卡洛方法
2.2.2 以强场近似方法为基础的量子散射矩阵理论
2.3 数值求解含时薛定谔方程
2.3.1 偶极近似下的含时薛定谔方程
2.3.2 激光电场的形式与原子的模型势
2.3.3 初始波包的制备
2.3.3.1 哈密顿量的离散化表象
2.3.3.2 虚时演化法制备基态电子波包
2.3.3.3 傅里叶格点哈密顿方法制备基态电子波包
2.3.4 含时波包的演化
2.3.4.1 劈裂算符—傅里叶变换方法
2.3.4.2 二阶差分方法
2.3.5 吸收势
2.4 本章小结
第三章 中性里德堡原子的激发及其电离调控
3.1 研究背景
3.2 理论方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 近红外激光场中原子的里德堡激发
3.3.2 隧穿区原子的激发态产量和电子产量的强度调制结构
3.3.3 双色激光场中里德堡原子的激发和电离动力学调控
3.4 小结
第四章 特殊角动量态里德堡原子的制备与探测
4.1 研究背景
4.2 理论方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 特殊角动量态里德堡原子的制备
4.3.2 双色单极性OHCP制备角动量态过程分析
4.3.3 高度简并的大角动量态里德堡原子的分辨
4.4 小结
第五章 原子共振激发态对阈上电离的影响
5.1 研究背景
5.2 理论方法
5.3 结果与讨论
5.3.1 隧穿区不同原子结构的光电子动量谱
5.3.2 多光子区原子束缚态能级对低能光电子动量谱的影响
5.3.3 原子激发态能级在光场作用下的实时布居
5.4 小结
第六章 Kramers-Hennberger变换在求解强场问题中的应用
6.1 研究背景
6.2 理论方法
6.3 结果与讨论
6.3.1 KH框架下多光子区和隧穿区的里德堡激发
6.3.2 低频激光场中KH近似的适用性
6.3.3 低频场中激发态原子的稳定机制
6.4 小结
第七章 总结和展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Rydberg excitation of neutral nitric oxide molecules in strong UV and near-IR laser fields[J]. 吕航,张军峰,左万龙,徐海峰,金明星,丁大军. Chinese Physics B. 2015(06)
本文编号：3688845
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 超快强激光脉冲作用下原子的电离
1.2.1 多光子电离
1.2.2 隧穿电离
1.2.3 越垒电离
1.3 基于重散射过程的三步模型
1.3.1 高阶阈上电离
1.3.2 非顺序双电离
1.3.3 高次谐波产生
1.4 强场里德堡态激发
1.4.1 强场里德堡激发的物理机制
1.4.2 强场里德堡激发的研究进展
1.4.2.1 原子的强场里德堡激发
1.4.2.2 分子的强场里德堡激发
1.5 本论文的主要工作简述
第二章 理论方法
2.1 全经典系综模型
2.2 半经典模型
2.2.1 基于量子轨道分析的蒙特卡洛方法
2.2.2 以强场近似方法为基础的量子散射矩阵理论
2.3 数值求解含时薛定谔方程
2.3.1 偶极近似下的含时薛定谔方程
2.3.2 激光电场的形式与原子的模型势
2.3.3 初始波包的制备
2.3.3.1 哈密顿量的离散化表象
2.3.3.2 虚时演化法制备基态电子波包
2.3.3.3 傅里叶格点哈密顿方法制备基态电子波包
2.3.4 含时波包的演化
2.3.4.1 劈裂算符—傅里叶变换方法
2.3.4.2 二阶差分方法
2.3.5 吸收势
2.4 本章小结
第三章 中性里德堡原子的激发及其电离调控
3.1 研究背景
3.2 理论方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 近红外激光场中原子的里德堡激发
3.3.2 隧穿区原子的激发态产量和电子产量的强度调制结构
3.3.3 双色激光场中里德堡原子的激发和电离动力学调控
3.4 小结
第四章 特殊角动量态里德堡原子的制备与探测
4.1 研究背景
4.2 理论方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 特殊角动量态里德堡原子的制备
4.3.2 双色单极性OHCP制备角动量态过程分析
4.3.3 高度简并的大角动量态里德堡原子的分辨
4.4 小结
第五章 原子共振激发态对阈上电离的影响
5.1 研究背景
5.2 理论方法
5.3 结果与讨论
5.3.1 隧穿区不同原子结构的光电子动量谱
5.3.2 多光子区原子束缚态能级对低能光电子动量谱的影响
5.3.3 原子激发态能级在光场作用下的实时布居
5.4 小结
第六章 Kramers-Hennberger变换在求解强场问题中的应用
6.1 研究背景
6.2 理论方法
6.3 结果与讨论
6.3.1 KH框架下多光子区和隧穿区的里德堡激发
6.3.2 低频激光场中KH近似的适用性
6.3.3 低频场中激发态原子的稳定机制
6.4 小结
第七章 总结和展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Rydberg excitation of neutral nitric oxide molecules in strong UV and near-IR laser fields[J]. 吕航,张军峰,左万龙,徐海峰,金明星,丁大军. Chinese Physics B. 2015(06)
本文编号：3688845
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3688845.html
