强激光场中准直双原子分子的电离动力学研究

论文摘要

随着超快激光技术的发展,光与物质的相互作用研究进入到一个全新的领域:强场物理。在强场物理中,原子分子与激光场的相互作用表现出一系列有趣的超快非线性物理现象,如阈上电离、非顺序双电离、高次谐波产生等。基于这些超快现象,人们得以在亚埃空间和亚飞秒时间尺度上对原子分子结构与动力学过程进行成像。强场电离是强场物理中最基本的物理过程之一,它是理解复杂原子分子超快现象的基础,同时也是原子分子结构超快成像的重要基石。本论文利用飞行时间谱仪（TOF）和冷靶反冲离子动量谱仪（COLTRIMS）等实验装置,并结合理论模型,分别从实验和理论上研究了原子分子（特别是准直双原子分子）的强场电离动力学,主要研究内容和创新性成果如下:1、中红外波段椭圆偏振激光场中的原子电离研究。理解简单的原子电离行为是研究复杂的分子电离动力学的基础,因此我们首先开展了惰性气体原子在强激光场中的单电离研究。我们测量了2000 nm波长下椭偏光中的单电离离子产量随椭偏率的变化并与三种理论模型（Ammosov-Delone-Krainov（ADK）,强场近似（strong-field approximation,SFA）和Coulomb-Volkov distorted-wave approximation（CVA）模型）作对比。我们发现,与800 nm波长下的结果相比,在2000 nm波长下,SFA与ADK的计算结果更加趋于一致,这表明非绝热效应对电离几率的影响在长波长下可以忽略。同时发现,相比于SFA的计算结果,CVA的计算结果在2000 nm和800 nm波长下都与实验结果在定量上更加吻合,这表明库仑势对强场原子电离几率有重要的影响。2、强激光场中准直氮分子的高阶阈上电离研究。我们测量了准直双原子分子的二维光电子动量谱,发现随准直角度变化的高能光电子谱展现出一个明显的峡谷状干涉结构。分子强场近似理论定性的重复了实验结果,通过简单的半经典分析,我们发现峡谷状结构是由重散射电子的双中心干涉相消导致的。基于这种重散射电子的双中心干涉,我们首次在实验上演示了一种可以用于提取分子核间距的层析成像新方法。3、强激光场中准直氮分子的低能扇状结构研究。我们在实验上测量了准直N2分子的低能光电子动量分布,并关注其电离阈值附近出现的低能扇状结构。我们观察到扇形结构中的条纹幅度以及条纹的最大幅度分布范围在不同准直角度下出现明显的变化。分子量子轨道强场近似理论很好的重复了实验结果,细致的理论分析发现不同准直角度下条纹的变化与N2分子的sp轨道杂化以及其轨道成份之间的相对相位密切相关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
•   1.1 强场电离机制
•     1.1.1 多光子电离
•     1.1.2 隧穿电离和重散射模型
•   1.2 强场原子电离实验现象
•     1.2.1 高阶阈上电离
•     1.2.2 非顺序双电离
•     1.2.3 高次谐波产生
•     1.2.4 里德堡态产生
•   1.3 强场分子电离实验现象
•     1.3.1 分子电离抑制
•     1.3.2 分子解离和库仑爆炸
•     1.3.3 分子电荷共振增强电离
•   1.4 强场分子电离研究进展
•     1.4.1 分子轨道的超快成像
•       1.4.1.1 直接电离过程用于分子轨道成像
•       1.4.1.2 重散射过程用于分子轨道成像
•     1.4.2 分子核运动的超快探测
•   1.5 本文工作
• 第二章 实验装置
•   2.1 冷靶反冲离子动量谱仪
•     2.1.1 真空系统
•     2.1.2 探测系统
•   2.2 飞行时间谱仪
•   2.3 飞秒激光器
•     2.3.1 飞秒振荡器
•     2.3.2 多通放大器
•   2.4 光参量放大器
•   2.5 光束方向稳定和光强稳定系统
•     2.5.1 光束方向稳定系统
•     2.5.2 光强稳定系统
•   2.6 双色场相对相位稳定系统
• 第三章 中红外波段椭圆偏振激光场中的原子电离研究
•   3.1 研究背景
•   3.2 实验方案
•   3.3 理论方法
•     3.3.1 ADK理论
•     3.3.2 SFA理论
•     3.3.3 CVA理论
•   3.4 结果与讨论
•   3.5 小结
• 第四章 强激光场中准直氮分子的高阶阈上电离研究
•   4.1 研究背景
•   4.2 无场准直分子的制备
•     4.2.1 无场准直分子的探测
•     4.2.2 分子准直度的优化
•   4.3 实验方案
•   4.4 理论方法
•   4.5 结果及讨论
•   4.6 小结
• 第五章 强激光场中准直氮分子的低能扇状结构研究
•   5.1 研究背景
•   5.2 实验方案
•   5.3 理论方法
•   5.4 结果与讨论
•   5.5 小结
• 第六章 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

文章来源

类型: 博士论文

作者: 孙仁平

导师: 柳晓军

关键词: 强激光场,电离几率,阈上电离,分子准直,超快成像

来源: 中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学

单位: 中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)

分类号: O56;TN24

总页数: 103

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