强激光场中原子高里德堡态激发动力学实验研究

论文摘要

随着激光技术的快速发展,飞秒强激光的出现为研究物质内部原子分子尺度上的结构及其内部电子的超快运动规律提供了重要的研究工具。人们在原子分子与强激光场相互作用中发现了一系列有趣的强场非线性现象,如:阈上电离、非顺序双电离以及高次谐波辐射等。对这些现象的研究是目前原子分子物理领域的重要科学前沿。最近,强飞秒激光场所导致的大量里德堡态原子引起了人们的关注。尽管挫败隧穿电离的机制可以对于部分实验结果进行解释,但是更新的数值计算和实验结果对挫败隧穿电离机制提出挑战。已报道的绝大部分实验结果都局限于主量子数小于30的里德堡态,而本论文则针对关注较少的主量子数接近或者大于100的高里德堡态进行研究,揭示强场里德堡态激发过程背后的物理机制。本论文的主要研究内容包括:1.发展光束稳定和光强稳定实验技术。飞秒激光光束方向和光强大小容易受到环境影响而发生抖动,可对实验结果产生影响。为减小实验的不确定度,我们对光束方向和光强大小进行操控。使用位置分辨探测装置测量光斑位置,并结合计算机编程实现负反馈回路控制精密压电陶瓷,进而驱动全反镜实现光束方向的控制。光强方面,使用光电探头监视激光脉冲的能量变化,经过计算机程序控制步进电机,进而驱动一个半波片。该半波片和固定的偏振片组合可对光强进行调节,最终实现光强稳定效果。2.研究飞秒激光场驱动的稀有气体原子激发动力学。基于冷靶反冲离子动量成像谱仪(COLTRIMS),结合5kHz飞秒激光系统,测量得到离子和电子飞行时间关联分布。从该分布中提取被谱仪均匀静电场电离产生的电子产量随着时间的演化关系,进而得到电离里德堡原子的平均能量。研究里德堡原子平均能量随着原子种类、激光强度、脉宽、静电场强度的变化情况,并与半经典模型计算结果进行对比,揭示出飞秒强激光场与稀有气体原子相互作用产生里德堡态的平均能量与原子种类密切相关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 原子与强激光场相互作用的物理现象
•     1.2.1 多光子电离
•     1.2.2 阈上电离
•     1.2.3 高次谐波产生
•     1.2.4 非顺序双电离
•   1.3 物理模型
•     1.3.1 Keldysh理论模型
•     1.3.2 再散射模型
•   1.4 强场中里德堡态原子分子产生
•     1.4.1 强场中里德堡态原子分子的进展
•     1.4.2 强场中里德堡态原子分子产生机制
•   1.5 本文工作
• 第2章 实验装置
•   2.1 飞秒激光器
•     2.1.1 飞秒激光振荡器
•     2.1.2 多通放大器
•     2.1.3 腔外脉冲压缩系统
•   2.2 冷靶反冲离子动量成像谱仪
•     2.2.1 真空系统
•     2.2.2 超声分子束
•     2.2.3 信号采集系统
• 第3章 激光方向与强度稳定系统搭建
•   3.1 引言
•   3.2 光束方向稳定系统
•     3.2.1 光束方向稳定系统搭建
•     3.2.2 光束方向稳定系统效果检测
•   3.3 脉冲能量稳定系统
•     3.3.1 脉冲能量稳定系统搭建
•     3.3.2 脉冲强度稳定系统效果检测
•   3.4 脉冲强度监测系统
•   3.5 总结
• 第4章 强场中激发态原子的实验研究
•   4.1 研究背景
•   4.2 实验方案
•   4.3 半经典模型
•   4.4 结果与讨论
•   4.5 结论
• 第5章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵猛

导师: 卢建夺,全威

关键词: 强激光场,里德堡态,挫败隧穿电离,里德堡态平均能量

来源: 武汉科技大学

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: 武汉科技大学

分类号: O562;TN24

总页数: 70

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