强激光场作用下氩原子和氙原子非次序双电离理论研究

发布时间：2020-08-12 04:13

【摘要】：到现在为止,光与物质相互作用规律是物理研究中的热点课题之一,随着激光技术的飞速发展,人们对强激光作用下的物理现象不断进行探索,发现了很多新颖的物理现象,如多光子电离、阈上电离、高次谐波发射、非次序双电离等。其中,强激光作用下原子或分子产生的非次序电离现象蕴含着很多电子关联信息,是强场物理研究领域的重要课题之一。研究非次序双电离现象的方法有很多,如测量双电子能谱,测量离子反冲动量谱、利用冷靶反冲离子动量谱仪(COLTRIMS)技术获得双电子动量关联谱等。为了更进一步理解两个电子发生非次序双电离过程中的物理机制,深入分析多电子关联性问题,我们可以通过调节激光的各个参数(如激光强度,波长,脉冲宽度等等)进行探索。为了解释实验上观测到的结果,分析物理机制,人们探索出多种计算方法。包括量子理论方法、经典系综方法、半经典方法等。它们模拟出的结果在一定程度上和实验的观测结果相一致。其中,经典系综方法计算效率快且所需资源少,更容易分析物理现象等特点,成为人们利用的计算方法之一。本文采用经典系综方法,建立了激光与原子相互作用理论模型,探索双电子非次序双电离过程中的物理机制,了解电子与电子的关联性特征。首先,通过运用二维的经典系综方法,我们理论计算探究了少周期线偏振激光场下的氩原子的非次序双电离现象。我们对线偏振激光场下载波包络相位(carrier-envelope-phase,CEP)对氩原子的电子关联性问题进行详细分析。选取三种特定的激光强度,分析了在不同载波包络下两种电离通道的电离数目和总电离数目的比率,发现了重碰撞直接电离(RII)通道和重碰撞激发次序电离(RESI)通道不同的变化规律。当场强相对较高时,随着载波包络相位的增大,RII通道会被增强,而RESI通道会被抑制。而当场强相对较低时,RESI通道会被增强,而RII通道会被抑制。这是因为在场强较高情况下,电离的电子在激光场中获得足够能量使第二个电子直接发生电离,即为RII过程。而场强较低时,第二个电子发生重碰撞后成为激发态,在随后的激光场中获得能量发生电离,即RESI过程。通过研究不同载波包络相位下双电子的动量关联谱及重碰撞时刻的概率分布,可以得知非次序双电离过程中只发生一次重碰撞。计算结果表明CEP对动量谱的分布起关键性作用,显示出显著的CEP效应。其次,我们通过运用三维经典系综方法探索了少周期线偏振和椭圆偏振激光场下氙原子的非次序双电离过程中波长的影响规律。通过选取三种不同的波长,我们计算模拟了线偏振激光场和椭圆偏振激光场作用下的动量关联谱,发现激光波长对RII和RESI机制过程产生重要影响,最后,我们对延迟时间进行了模拟分析,指出了在线偏振激光场作用下主要发生的是RII过程,而椭圆偏振激光场则主要发生RESI过程。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O562
【图文】：

吸收 N 个光子，获得足够能量跃迁到连续示）。电子的动能可以利用kpE I原子分子电离势。在早期的实验中，当光入射光频率有关，频率越大获得的动能越多，这个现象称为多光子效应。当光释，即费米黄金法则：nnn I，n 为 n 为原子电离时所需的最小光子数。当激光中的电子与激光场发生耦合致使电子能为 AC-Stark 效应。此时低阶微扰理论不在

图 1.3 阈上电离能谱（引自文献[25]）相较于多光子电离，阈上电离[25]过程为原子在发生电离时需吸收光电子需要的光子数。在强激光场作用下，原子核的核库仑势会产生扭曲变形致能级移动，这个过程是非微扰的，这就是其本质。只有当激光场较低状态可以看作低阶微扰，其电离速率公式表达为nsnsI ，这里，n 为多光子过程中所需要的最小光子数，s 为额外需要吸收的光子数。因而在激光场低时才可以表达出阈上电离的过程。如图 1.3 所示，然而，在激光场强增强子能谱中的低阶能谱峰值会逐渐消失，因为电子在跃迁到连续态获得了有能pU ，而基态中的电子也获得来自激光场的部分有质动力能pU ，导致电有能级发生偏移，电离通道被关闭[26]，低阶谱峰消失。

图 1.5 高次谐波图像.3 强激光场下原子非次序电离的动力学过程不断增大激光脉冲的光强到足够强的时候，原子的双电离机制也会不同次序双电离和非次序双电离。通过对实验结果不断观测，可以发现非次序机制中电子间存在明显的关联效应，在强场物理研究中成为一个热门话题激光场与原子的相互作用产生的非次序双电离对探索电子关联性带来了据且在研究方面具有很高价值。至今为止，人们不断的探索非次序双电离过且深入探索了电子的关联性或其他的强场物理现象。本节先介绍强场双电制和几种图像，之后再介绍强场双电离几种研究方法。.3.1 强场双电离的重碰撞机制及特征

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本文编号：2790034