氦原子在深紫外激光脉冲作用下的双光子双电离研究

氦原子在深紫外激光脉冲作用下的双光子双电离研究

论文摘要

自然界中许多基本过程,例如化学反应、超导、巨磁阻等,都受到多电子动力学的控制。强激光脉冲与原子的相互作用会产生许多非线性现象,诸如多光子电离、高次谐波产生和多电子电离等。深入理解一些简单体系的多电子动力学过程,例如氦原子的双电离过程,有助于我们理解更加复杂体系的多电子动力学过程。本论文通过数值求解含时薛定谔方程研究了氦原子在深紫外激光脉冲作用下的双光子双电离过程,主要结果总结如下:第一,基于原子结构计算的B样条方法,我们开发了一套求解氦原子含时薛定谔方程的程序,该程序可用于研究深紫外激光脉冲作用下氦原子的单光子双电离和双光子双电离过程。第二,氦原子的双光子双电离过程存在一个动力学特征时间t_c。当脉冲的持续时间大于特征时间t_c时,两个电离电子的能量分布呈现双峰结构,反之呈现单峰结构。我们通过分析两电子波包随时间的演化过程,发现两个电离电子的能量分布呈现双峰的原因是在激光脉冲作用下两电子在原子核附近的振荡过程中,大部分基态两电子的库仑相互作用能被一个电子获得。因此,双峰结构不能作为序列电离的信号。两个电离电子的能量分布呈现单峰的原因是在激光脉冲结束之后大部分基态两电子的库仑相互作用能被两个电子平分。第三,当激光载脉冲的波频率大于氦原子的第二电离能时,双光子双电离过程的特征时间t_c和基态两电子的库仑相互作用能(?)12满足特征关系t_c(?)12 ≈ 4。根据量子速度极限的概念,特征时间t_c可以理解为从氦原子的基态演化到两电子携带不同能量的双电离态所需的最短时间。第四,当改变原子核的电荷量、电子的电荷量、电子的质量,以及同时改变原子核和电子的电荷量时,双光子双电离动力学过程的特征时间t_c和基态两电子的库仑相互作用能(?)12仍满足特征关系t_c(?)12 ≈ 4。最后,当2S态作为双光子双电离过程的初态时,随着脉冲持续时间的增加,两个电离电子的能量分布呈现由单峰结构到双峰结构的转变。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 引言
  •   1.1 研究背景
  •   1.2 多光子电离
  •   1.3 高次谐波产生
  •   1.4 双电离
  •   1.5 本文结构
  • 第2章 氦原子含时薛定谔方程的数值求解
  •   2.1 定态薛定谔方程的求解
  •     2.1.1 定态薛定谔方程的无量纲化
  •     2.1.2 B样条函数介绍
  •     2.1.3 变分法求解定态薛定谔方程
  •   2.2 含时薛定谔方程的求解
  •     2.2.1 激光场的经典描述
  •     2.2.2 激光与原子相互作用的描述
  •     2.2.3 含时波函数的求解
  •   2.3 程序的实现与验证
  •     2.3.1 本征方程求解的程序化
  •     2.3.2 跃迁偶极矩的程序化
  •     2.3.3 程序的验证
  •   2.4 与氦原子双电离有关的物理量
  •     2.4.1 两电子的动量分布
  •     2.4.2 两电子的能量分布
  •   2.5 本章小结
  • 第3章 从动力学跃迁的特征时间角度理解氦原子的双光子双电离
  •   3.1 理论方法
  •     3.1.1 激光脉冲的电场形式
  •     3.1.2 投影时间的收敛性验证
  •   3.2 双光子双电离过程的两电子能量分布
  •     3.2.1 短脉冲作用下的两电子能量分布
  •     3.2.2 长脉冲作用下的两电子能量分布
  •     3.2.3 椭圆状单峰结构的形成原因
  •     3.2.4 椭圆状双峰结构的形成原因
  •     3.2.5 脉冲持续时间对两电子能量分布的影响
  •   3.3 双光子双电离过程的特征时间
  •     3.3.1 特征时间的定义
  •     3.3.2 特征关系
  •   3.4 本章小结
  • 第4章 双光子双电离过程的动力学特征关系的普适性研究
  •   4.1 理论方法
  •     4.1.1 定态薛定谔方程的无量纲化
  •     4.1.2 激光脉冲的电场形式
  •     4.1.3 特殊Whittaker方程的无量纲化
  •   4.2 数值结果
  •     4.2.1 原子核电荷量变化时的特征关系研究
  •     4.2.2 电子电荷量变化时的特征关系研究
  •     4.2.3 电子质量变化时的特征关系研究
  •     4.2.4 原子核与电子电荷量同时变化时的特征关系研究
  •     4.2.5 初态为 2S态的双光子双电离研究
  •   4.3 本章小结
  • 第5章 总结与展望
  •   5.1 总结
  •   5.2 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: 李飞

    导师: 王兵兵

    关键词: 氦原子,含时薛定谔方程,双光子双电离,特征时间,库仑相互作用能,特征关系

    来源: 中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 物理学

    单位: 中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

    分类号: O562

    DOI: 10.27604/d.cnki.gwlys.2019.000031

    总页数: 111

    文件大小: 8122k

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