取向对同位素分子高次谐波辐射影响的理论研究

发布时间：2020-07-13 10:51

【摘要】：强激光场中物质的高次谐波辐射是当前强场物理领域关注的热点问题之一。首先,利用谐波辐射可以得到阿秒脉冲,而后者在科学技术中有广泛的应用。此外,利用谐波辐射可以在超快时间尺度内实现分子的轨道成像,这对理解化学反应具有重要的意义。从真实分子的角度考虑,由于核的运动会产生许多复杂的效应和机制,如核的运动与电子运动的耦合会影响谐波的产生强度和频率,为了能更深入理解核的运动对这些现象产生影响的机制,人们迫切需要对振动的分子系统中核的波包与电子波包关联机制进行深入的探索。与对称分子相比不对称分子具有固有偶极子,该固有偶极子与激光场的相互作用对极性分子的谐波产生有很大影响。因此,对称与不对称振动分子各自的高次谐波谱可能会展现出不同的现象,并在高次谐波产生过程中体现出不同的内在机制。本文建立一个分子高次谐波产生模型,其中考虑了核的运动对高次谐波产生过程中电离,传播和再结合三个过程的影响,并且深入分析了对称和不对称分子在不同取向和激光参数下的高次谐波辐射机制。本文第三章研究了取向对同位素对称分子H2+和T2+谐波产生的影响,数值研究结果表明该影响是取向和激光参数依赖的。对于激光强度较强的情况或者激光强度较低但激光波长较长的情况,在平行取向下,H2+的高次谐波产量高于T2+的产量,而对于低激光强度较短的波长和垂直取向的情况,H2+和T2+的高次谐波产量情况相反。本章展示了分子的跃迁偶极子在这些现象中起到一个重要的作用。这些结果揭示出振动的对称系统在强激光场中的复杂动力学。本文第四章研究了取向不对称分子HeH2+和它的同位素变体HeT2+在几个周期的强激光脉冲中高次谐波的产生。数值结果展示了不对称分子核的运动对其高次谐波产生的影响,这些影响也是依赖于分子取向和激光参数的。在较弱的激光强度下,HeH2+的平行高次谐波产量是高于HeT2+的,而对于垂直取向的高次谐波产量,情况相反。然而,在较高的激光强度下,他们的平行高次谐波产量是可比的。本章展示了系统的固有偶极子在这些现象中起到一个重要的作用。这些结果揭示出不对称系统在强激光场中的复杂动力学。
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O561
【图文】：

１．２强激光场中的多光子电离和阈上电离逡逑人们给出了一个多光子电离过程的基本特征，它是源于多个单光子电离的反逡逑应逡逑ｎｎｃｏ邋＋邋Ａｑ邋＾Ａｑ＋１邋＋邋ｅ￣逦（１．１）逡逑其中，ｇ为目标原子系统２的电荷，？＾是光子能量，７７是正整数。逡逑Ｄａｍｏｎ和ＴｏｍｌｉｎｓｃＷ２＾邋１９６３年使用红宝石激光去电离氦气，氩气和中性空逡逑气的混合物时首次观测到这一过程。在随后的研究中，Ｖｏｒｏｎｏｖ和Ｄｅｌ0ｎｅｐ］使用逡逑红宝石激光诱导侃气产生七光子电离，还有Ｈａｌｌ，邋Ｒｏｂｉｎｓｏｎ和Ｂｒａｎｓｃｏｍｂ［４Ｈ２录下逡逑了负离子上产生的电子的两光子分离现象。在后面的几年里，几个组研究出了一逡逑些重要的结果，如在萨克雷的组研究了电离率对激光强度的依赖性。对于激光强逡逑度／？／ａ，正比于ｒ的总光子电离率关系被观测到。这个结果与低阶的微扰理论逡逑预测相符合。那时，人们还研究了多光子的共振增强电离现象。逡逑

图１．２氙原子阈上电离电子能谱［５］，波长ｌ邋＝邋１０６４ｎｍ，（ａ）激光强度／邋＝邋２．２ｘｌ0Ｉ２Ｗ／ｃｍ２（ｂ）激光强度／邋＝邋ｌ．ｌｘｌ0１２Ｗ／ｃｍ２逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｘｅｎｏｎ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ａｂｏｖｅ－ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ邋ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ邋ａｔ逡逑／ｌ邋＝邋１０６４ｎｍ邋ａｎｄ／邋＝邋２．２ｘ邋１邋0１２Ｗ／ｃｍ２ｂ７邋＝邋ｌ．ｌｘｌ0１２Ｗ邋／ｃｍ２邋？逡逑

０．２逦０．４逦（５．６逦０：８逦１．０逡逑Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ邋（ａｒｂ－ｕｎｉｔｓ）逡逑图１．３在阈上电离谱上低能量峰值被压制的机制示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１．邋３邋Ａ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ邋ｏｆ邋ｌｏｗ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｐｅａｋｓ逡逑ｏｎ邋ｔｈｅ邋ａｂｏｖｅ－ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ邋ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ逡逑它是由于在激光照射时依赖于激光强度的Ｓｔａｒｋ能移将不同的原子能态带进了多逡逑光子共振所产生的。由于共振增强多光子电离现象使得这样的结构被Ｒｒｅｅｍａｎ等逡逑人［６１观测到。这样的结构不能在长脉冲实验中看到，正如上面所阐述的，当光电逡逑子从激光光柱中逃离时，他们从激光场中重新获得他们的有质动能。逡逑如果频率足够低并且激光场足够强，电离可以用一个准静态模型来描述，束逡逑缚态电子经历一个由原子势和瞬时激光电场总和构成的有效势。这个瞬时电离率逡逑可以用静态极限下的隧穿率来近似，而这个隧穿率可以用Ａｍｍｏｓｏｖ，邋Ｄｅｌｏｎｅ和逡逑Ｋｒａｉｎｏｖ／７１给出的类氢原子系统的公式来计算。在类氢系统基态中，下面给出了原逡逑子单位下电子的隧穿率逡逑４（２／）５／２逦（邋ｌ（２ＩＰＪ＇２＼逡逑ｅｘｐ邋—（１．５）逡逑￡逦３ｓ逡逑＼邋／逡逑式中ｓ为静电场。由于指数项的关系，在半个周期内且当电子能量低于势垒时隧逡逑穿主要发生在电场的峰值处。结果，光电子波包也会在激光周期内周期性的发射。逡逑在能量区域

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本文编号：2753367