【摘 要】
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关于强激光场中原子、分子电离的Keldysh-Faisal-Reiss(KFR)理论,也称为强场近似理论(SFA),被广泛应用于理解激光与原子、分子相互作用的实验现象。KFR理论有三种不同的形式。其差别主要来自于三个方面。首先是应用的电子与激光相互作用哈密顿量的具体形式不同,通常称为应用了不同的规范。Keldysh应用长度规范,而Faisal和Reiss则应用速度规范。Faisal和Reiss应用
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关于强激光场中原子、分子电离的Keldysh-Faisal-Reiss(KFR)理论,也称为强场近似理论(SFA),被广泛应用于理解激光与原子、分子相互作用的实验现象。KFR理论有三种不同的形式。其差别主要来自于三个方面。首先是应用的电子与激光相互作用哈密顿量的具体形式不同,通常称为应用了不同的规范。Keldysh应用长度规范,而Faisal和Reiss则应用速度规范。Faisal和Reiss应用了相同的规范,不同于Faisal所用的方法,Reiss采用逆时格林函数,两者所得的结果是一致的。做具体计算时,被广泛引用的是Reiss的方法。由于电磁场的相互作用具有规范不变性,应用不同规范计算电离率得到的结果应该是相同的。但是实际计算表明,对于同一种原子和相同的激光参数,应用不同规范的理论计算的电离率结果却是不同的,某些条件下甚至相差几个数量级。其次是所用的数学方法不同,Keldysh采用了鞍点积分方法,Reiss采用了广义贝塞尔函数的方法,推导出来的电离率公式也完全不同。第三,Keldysh做了两个进一步的简化假设,一是η?/EB(27)(27)1,以应用鞍点近似完成路径积分;二是小动量假设,以得到一个简洁的电离率公式。Keldysh理论采用长度规范(LG)和鞍点近似(SPM)数学方法,即(LG+SPM)。Reiss理论采用速度规范(VG)和广义Beseeel函数(GBF)展开的数学方法,即(VG+GBF)。Bauer从Keldysh理论出发,应用类似于Reiss理论所用的广义Beseeel函数展开,得到了一个所谓“精确的Keldysh理论”电离率公式,即(LG+GBF)。那么,以Keldysh-Faisal-Reiss强场近似理论框架为基础,应用速度规范(VG)和鞍点近似(SPM)数学方法,情况会是怎样呢?本文就致力于研究这个问题。从Reiss理论出发,采用速度规范,和鞍点近似的数学方法,即(VG+SPM),推导出原子电离率公式和光电子能量谱公式。填补了两种规范和两种数学方法不同组合的一个空缺。接着以处于基态氢原子在线性极化的激光场作用下电离为例,做了数值计算,并与Keldysh理论、Reiss理论和Bauer理论的计算结果进行了比较研究。结果发现,不同理论对于同一过程计算结果的差别,不仅来自于所用的规范不同,而且来自于应用了不同的数学方法。以前有很多作者使用Keldysh理论和Reiss理论研究同一原子在激光场中电离过程,所得结果不同,有些甚至会出现几个数量级的差别,他们把这个差别归结为两个理论采用了不同的规范所引起的,即所谓的“规范依赖”问题。我们的研究表明,这个结论是有偏颇的,至少是不全面的。导致使用Keldysh理论和Reiss理论计算同一原子在相同激光场中电离过程所得的结果不一致的原因,不仅来自于两者采用了不同的规范,而且也来自于两个理论中应用了不同的数学方法。这是本文的工作得到的重要结论之一。本文还研究了原子光电离过程的出射电子受母体离子库伦势的影响。在我们构建的理论模型(VG+SPM)中,用两种不同的方法引入库伦修正,计算了氢原子的电离率。并将计算结果与Keldysh理论和Reiss理论计算结果进行了比较研究。结果表明,第一,对于不同的理论模型,库伦修正都使电离率有所增加;第二,库伦修正使不同规范的理论计算的差别有所减小;第三,库伦修正缩小了使用不同数学方法的理论计算结果的差别。总之,库伦修正使得不同规范和不同数学方法的理论对同一电离过程的计算结果趋于接近。本文进一步以强场近似为基础,考虑了非偶极效应的影响。在速度规范下计算了氢原子在激光场中电离的光电子能量分布,尤其是能量谱的低能部分。又引入库伦修正,推导了包含库伦修正的光电子能量分布公式,计算了氢原子电离的光电子能谱。从计算结果可以发现,虽然非偶极修正对光电子能量分布低能区域有影响,但影响较小。库伦修正对光电子能量分布影响较大,出现了明显的低能结构。
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