论文部分内容阅读
激光技术的发展不但对社会生产产生了深远的影响，而且对科学研究起到了巨大的推动作用。尤其是近年来超强超短激光脉冲的出现，为人类探索微观世界的科学规律提供了强有力的工具。在时间尺度上，化学反应一般在飞秒尺度；然而原子内电子的运动是在阿秒尺度。因此，如何产生相干的阿秒脉冲，以及如何用阿秒脉冲来探测和研究原子内电子的性质，成了当前原子分子物理领域一个非常重要而且热门的研究课题。
本文基于量子力学波包动力学的数值模拟，发展了一套稳定可靠且易于并行化运算的数值模拟方法。主要研究了强激光场中线形分子离子的共振增强离化性质，以及强磁场中里德堡态原子的抗磁谱等。主要工作包含以下几个方面：
(1)本文发展了一套B样条辛算法来求解含时薛定谔方程。另外本文还将外部复转动的B样条函数引入了Floquet计算。B样条辛算法的核心是空间波函数径向及角向均由B样条函数展开，然后由辛算法做含时演化。该方法既集成了B样条函数局域性、完备性、可塑性高等优点，又综合了辛算法稳定高效等特点。不但计算精确简便，而且很容易并行化编程。由于量子力学空间是Hilbert空间，尤其是当空间自由度不能分离变量的时候，计算量巨大，这是限制目前数值模拟的一个难点。本文发展的并行计算的方法克服了这个难题，为理论更加真实的模拟实际的物理过程提供了保障。在处理分子体系共振离化及散射问题上，标准的复转动方法会遇到平方根支点等问题，本文将外部复转动的B样条函数引入了F10quet计算，可以很好的解决这些问题。本文还发展了并行的Lanczos计算程序，解决了Floquet计算中的大矩阵存储及对角化问题。
(2)本文研究了单色和双色激光场中H2+共振激发与共振增强离化现象。结果表明，在单色线偏激光场中，H2+共振增强离化不但和电荷共振态1σg与1σu态的布居有关，而且和其对应的Floquet准能量的离化宽度有关。但由于电荷共振态1σg与1σu态间的强烈耦合，激发态布居很小，对体系的总离化率影响不大。在双色激光场中，共振激发对共振增强离化影响很大。共振激发对双色激光场的相位差十分敏感，而且和激光脉冲的线形有关。本文的理论解释，很好的统一了Floquet理论和直接求解含时薛定谔方程方法的结果。本文还提出了双色激光场有效控制H2+共振激发与离化的方案。此外，本文采用静电场近似，更为直观的研究了分子轴与激光场偏振方向的取向效应对分子离化的影响。结果表明，H2+总体离化率随取向角的增大而减小，但在特定的核间距，其离化率随取向角的增大先增大后减小。
(3)本文还研究了线形三原子体系H32+在静电场近似以及强激光场中的离化特性。结果表明，该多势阱体系在对称与非对称构型下，离化特性差别很大，但在强激光场中均存在共振增强离化现象。在静场近似下，本文确定了非对称H32+构型在特定电场强度下存在能级反交叉。本文用分别用Floquet方法与求解含时薛定谔方程的方法探讨了H32+在强激光场中共振离化特性，二者得到的结果符合的很好。
(4)本文用波包动力学方法研究了里德堡氢原子在强磁场中的抗磁谱特性。传统的直接对角化哈密顿矩阵来得到体系能谱信息的方法对计算机的速度及内存要求很高。本文的方法则把大矩阵对角化问题转化成了一个含时演化问题，计算简单稳定，而且易于并行化运算，减小了对大型计算机的依赖。虽然理论框架不同，但该方法得到的氢原子抗磁谱和以往的理论符合的很好，而且可以考虑共振态寿命对实验结果的影响。同时本文还扩展了该方法，用32个cpu并行的计算了氢原子在交叉电磁场中的光吸收谱，理论计算的结果和实验符合非常好，主要的吸收峰的位置和强度即使在高能区都能吻合。