论文摘要
随着科学技术的飞速发展,光与物质相互作用规律逐渐引起了人们的广泛关注。在过去的几十年里,激光技术飞速发展使得激光脉冲的宽度不断缩小而激光强度大幅增强,科学研究步入了强场物理领域,一系列新奇的强场现象被陆续发现。例如,多光子电离、阈上电离、高次谐波发射和非序列双电离（non-sequential double ionization,简写为NSDI）。其中,NSDI因其电子关联现象在光与原子分子相互作用中所起的重要作用而被广泛关注。这一发现挑战了基于单电子近似下的光学物理理论,进而引起了强场电子关联现象的研究热潮。化学反应中的电子转移、过渡态演化、反应前后的结构演化以及各种奇异的量子效应等过程均属于极端空间与时间尺度下的运动过程。利用超强超快激光技术研究强场物理现象有利于人们深入理解原子或分子空间尺度下的微观结构信息以及阿秒时间尺度下的瞬态过程,有着深刻的研究意义和广泛的应用前景。例如,在对强场电离的研究中,通过分析光电子动量谱分析可以推算出靶粒子的能级结构特征;利用分子高次谐波发射探究分子轨道成像;控制激光参数获得超连续高次谐波谱,进而合成孤立阿秒脉冲;在强场双电离中,控制电离电子的亚周期运动等。在早期的研究中,由于实验技术的限制,激光场的形式相对单一,人们对强场物理现象的研究有很大限制。近年来,超短激光以及实验测量技术的不断进步使得我们可以获得多可调参数的激光脉冲并用于科学研究。例如,圆偏振、椭圆偏振激光使人们将研究范围拓宽到二维的偏振平面中,能够从更高的自由度上探究微观机制;双色激光场等各种形式的复合激光的使用提供了更多的研究方案;少周期激光的载波包络相位效应为人们提供了研究电子近单周期运动的有效方法,同时也可以用于研究分析强场现象中的对称性问题。如上所述,人们拥有了更广泛的用于了解光与物质相互作用规律的研究手段。基于此,研究者在对基本强场物理现象的研究中不断挖掘其中更深层次的细节,揭示出愈来愈多的复杂物理机制。例如,强场电离领域中,电离过程的非绝热效应,母核离子的极化效应,多次回复碰撞以及多次重碰撞对NSDI的影响,重碰撞诱导激发电离中的不同激发电离通道影响规律,重碰撞热化过程,长程库仑势与低能结构问题,重碰撞阈下双激发态形成,内壳层电子屏蔽效应,库仑势垒内碰撞问题等等。这一系列复杂的强场现象的研究均是这一领域中的最前沿课题,人们对其中部分现象背后的物理机制的认识还不够完善,尤其是当激光的条件发生变化时,激光参数对这些深层次的强场物理机制有怎样的影响还有待探索。此外,当我们对这些现象有了一定认识之后,如何实现利用激光对其进行人工的定向调控也是一个有待研究的热点问题。本论文的研究工作中,针对原子NSDI现象中的这些还不够完善的电离通道的诸多细节问题展开讨论,利用经典理论模型,深入研究多种不同形式的激光对NSDI中的重碰撞激发电离通道、双激发态形成以及多次回复碰撞通道的影响规律,进一步揭示出激光脉冲对原子双电离过程的调控机制。本论文的创新性归纳如下:运用二维经典系综理论研究少周期椭圆偏振激光场下氩原子NSDI对载波包络相位的依赖性。我们区分重碰撞电离和重碰撞诱导激发后续电离两种电离通道,并根据重碰撞和第二次电离之间的延迟时间将二者分离。通过轨迹分析,我们揭示了电子关联谱特征以及两个通道竞争关系对载波包络相位的依赖性。最终通过调节载波包络相位实现对两种通道的切换调控。我们还研究了反向旋转双色圆偏振激光场中的氩原子NSDI现象。在复合激光场对应的“knee”结构区域,双电离主要是通过重碰撞诱导激发Ar-离子序列电离方式发生的。通过重碰撞轨迹分析,我们解释了两束光的相对场强比控制关联电子动力学以及最大化增强电离产额的原理。贡献于双电离增强的主要通道为电子短飞行时间的椭圆形重碰撞轨道,而非三角形的多周期轨道。此外,关联电子动力学过程可以通过调节相对场强比被限定在阿秒时间尺度下。此外,运用经典系综方法研究在低强度少周期圆偏振激光场下的Mg原子双激发过渡态下的关联电子动力学规律。重碰撞过程中的较低的能量传递使得两个电子不能直接发射出核区,而是经过一个双激发态后以一定的时间差发生电离。数值计算结果显示在NSDI过程中可以观察到序列双电离的特征。这一结果说明中间态的存在使得其形成过程的信息丢失。两个电子发射方向的夹角分布情况取决于电离时间间隔。此外,电子-电子间库仑排斥作用的影响规律也被进一步讨论。最后,我们又简要地分析了反向旋转双色圆偏振激光场作用下的双激发态的双电离过程。最后,我们通过部分叠加相互延迟的线偏振与圆偏振激光构建一种拥有椭圆率随时间变化的复合激光脉冲。第一个电子首先被线偏振激光电离,并受到随后的圆偏振激光的影响。这一延迟作用在横向上干扰电子运动,进而影响重碰撞发生前电子的返回次数。重碰撞轨道中的返回次数可以通过调节两束光的延迟时间而被控制。通过重碰撞轨道分析,我们解释了含时椭圆率调控不同双电离通道的原理。在论文的最后一章中,我们对论文的主要结果进行总结,并对强场电离的研究做出展望。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 贲帅
导师: 刘学深
关键词: 强激光场,双电离,电子关联,激发态,控制
来源: 吉林大学
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: 吉林大学
分类号: O562.4;TN24
总页数: 110
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