强场非次序双电离电子动力学过程及控制

论文摘要

强场非次序双电离是强激光与原子分子相互作用的一个基本过程。强场非次序双电离产生的电子对体现了强烈的关联性,为人们在原子分子层面研究电子关联提供了一条重要途径。因而,强场非次序双电离成为强场原子分子物理的研究热点。目前人们已经知道强场非次序双电离通过“再碰撞”机制发生,但是再碰撞过程中关联电子的微观动力学过程非常复杂,目前人们对其中的细节的认识还不完全清楚。并且再碰撞过程的微观机制随驱动激光参数变化。本文应用经典系综模型和半经典系综模型,研究低激光强度和激光波长为中红外区域的非次序双电离,深入研究了非次序双电离碰撞中的微观动力学;进一步,利用双色激光场对非次序双电离的动力学过程进行控制。另外,本文还创新性地提出并演示了利用双色圆偏激光场测定非次序双电离两电子电离时间。论文的主要工作及创新点如下:(1)研究了低强度激光下非次序双电离中的多次碰撞现象。在低激光强度下,第一个被电离的电子的碰撞能量较低,不能通过碰撞直接电离第二个电子。在这种情况下,多次碰撞是非次序双电离的主要机制。通过多次碰撞,离子能够从激光场中获得更多的能量,从而形成较高的激发态,再发生双电离。计算结果表明,多次碰撞与一次碰撞产生的非次序双电离中,电子对的关联动量谱分布有明显的差别。并且,多次碰撞双电离事件在所有双电离事件中的比例随着激光波长变短、激光强度降低而增加。提出了采用双色圆偏光产生椭偏率可调的阿秒极紫外脉冲的方法。通过改变两个圆偏成分的相对相位,双色圆偏光会绕其传播轴在偏振平面内旋转。不同旋转角度下的双色圆偏光与固定分子轴的非球对称性分子相互作用能够得到具有不同椭偏率和旋向的阿秒脉冲。相对相位的改变在实际操作中容易实现,因此本方案具有简单高效的特点。(2)研究了中红外激光驱动的非次序双电离,发现了多次回复碰撞现象。通过半经典模型的计算发现碰撞前第一个电子的回复次数依赖于其隧穿电离时刻的初始横向速度。在中红外激光的情况下,碰撞电离具有更高的能量,因而碰撞过程中两电子之间能量不相等的分配现象与近红外的情况相比更加明显,使得关联电子动量谱表现出了实验观察到的关于主对角线强烈的排斥现象。(3)在此基础上,研究了利用平行双色场对非次序双电离关联电子动力学的控制。利用平行双色场,我们将电子回复的时间限制在几百阿秒的时间窗口内,同时通过改变双色场的相对相位,该时间窗口的位置可以在阿秒量级精度内调控,从而电子的碰撞能量及碰撞之后两个电子的电离时间延迟得到了控制。根据此理论结果,我们开展了实验研究,实现了对非次序双电离在碰撞时间的控制。这种控制体现在了实验观测到的离子动量谱中。(4)提出了利用反向旋转的双色圆偏激光探测非次序双电离中电子对的发射时间。通常人们利用椭圆偏振或者圆偏振光的角度条纹相机原理来探测强场电离时间。但是圆偏或者椭偏光驱动下的电离没有再散射过程,因而没有非次序双电离,不能用来探测非次序双电离的电离时间。本文提出了利用反向旋转的双色圆偏光测量非次序双电离关联电子的电离时间。在反向旋转的双色圆偏光中,第一个被电离的电子能够返回来与母离子发生碰撞,因而非次序双电离能够发生,同时这种双色场还具备角度条纹相机的功能,因而可以利用它来精确测量非次序双电离的电离时间。通过数值计算,演示了利用这种方案对非次序双电离电子对电离时间的测量,并且展示了电离时间对激光场的依赖。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 原子分子强场电离
•     1.2.1 多光子电离
•     1.2.2 隧穿电离
•     1.2.3 过垒电离
•   1.3 原子分子强场非次序双电离机制
•     1.3.1 非次序双电离的产生
•     1.3.2 回复电子simple-man经典图像
•     1.3.3 两种典型碰撞双电离路径
•   1.4 论文的主要工作
• 2 低激光强度下的非次序双电离微观动力学过程
•   2.1 研究背景
•   2.2 经典系综模型
•   2.3 强场非次序双电离中的多次碰撞过程
•   2.4 本章小结
• 3 中红外激光驱动的非次序双电离微观动力学过程
•   3.1 研究背景
•   3.2 半经典系综模型
•   3.3 强场非次序双电离中的多次回复碰撞过程
•   3.4 本章小结
• 4 强场非次序双电离关联电子微观动力学过程的调控
•   4.1 研究背景
•   4.2 平行双色场对非次序双电离的控制:理论结果
•   4.3 实验结果
•   4.4 本章小结
• 5 双色圆偏激光场中的非次序双电离
•   5.1 研究背景
•   5.2 双色圆偏激光场中非次序双电离的电离时间
•   5.3 本章小结
• 6 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表的论文目录
• 附录2 攻读博士学位期间参加的学术会议

文章来源

类型: 博士论文

作者: 马晓萌

导师: 周月明

关键词: 强场激光,非次序双电离,电子动力学,电子关联,双色场

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 华中科技大学

分类号: O56

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.000353

总页数: 122

文件大小: 4890K

下载量: 39