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强激光场中原子的非序列双电子电离是目前一个广受关注的研究热点,这是因为在非序列双电子电离过程中,原子内部电子之间的关联发挥了非常重要的作用,这为进一步探索原子内部结构提供了一个非常有价值的途径。本文首先讨论了在不同激光脉冲强度下原子非序列双电子电离过程中不同电离机制的转化。在非序列双电子电离过程中,主要存在三个影响非序列双电子电离几率的因素,它们分别是:第一个发生隧穿的电子对应的隧穿几率,隧穿电子返回到母体离子附近与束缚电子发生碰撞时所具有的动能,以及返回电子与束缚电子发生碰撞时对应的瞬时电场强度。这三个因素共同决定了双电子电离几率的大小。但是这三个影响因素如何在非序列双电子电离过程中起作用,其中哪一个因素是主导因素,它们与不同的非序列双电子电离机制又是怎样的对应关系等,这些问题尚未有清晰的解答。我的研究重心就是利用三维半经典再散射模型详细地解释了不同光强下非序列双电子电离机制的转化,并对上述问题给出了很好的回答。
本文计算了很宽光强范围内的非序列双电子电离过程。随着激光场强从低到高,相应的二价离子平行于电场偏振方向的动量分布出现了从单峰到双峰又到单峰的演化。根据动量分布的变化,可以将激光光强分成三个区,并对每一个区的非序列双电子电离特点进行了详细的讨论。
在光强比较弱的时候,首先隧穿电离电子的返回动能主要决定了非序列双电子电离是否能够发生。双电子电离几率的大小由隧穿电子的返回动能决定,碰撞激发(Collision—Excited Ionization)非序列双电子电离机制起主要作用。中等光强时,双电子电离几率的大小由隧穿电子的隧穿几率决定,碰撞电离(CollisionIonization)非序列双电子电离机制起主要作用。在很高的光强但尚未进入序列双电子电离范围时,激光外场对束缚电子电离的辅助作用变得越来越重要,激光辅助碰撞电离(Laser—Assisted Collision Ionization)成了主导的非序列双电子电离机制。
在清晰地了解强激光场中原子非序列双电子电离机制的基础上,本文又讨论了恒定电场和恒定磁场对非序列双电子电离的影响。通过引入一个外场,例如,恒定电场或恒定磁场,来控制原子在强激光场中的非序列双电子电离过程。
一方面,非序列双电子电离过程对电场的分布形式非常敏感。我们利用一个强度相对较弱的恒定电场来调节超短脉冲电场的分布,进而控制原子的非序列双电子电离过程。结果显示,原本二价离子平行于电场偏振方向的动量分布的不对称双峰结构变成了对称的双峰结构。恒定电场的这种调节作用可以用来探测超短脉冲的绝对相位和电场强度。
另一方面,如果在强激光场的基础上增加一个沿着电场偏振方向的恒定磁场,磁场控制电子的横向运动,从而影响了双电子电离几率。对于束缚电子而言磁场洛伦兹力对它的电离有辅助作用,会增加双电子电离几率。对于首先隧穿的电子而言,磁场对它横向扩散的约束会增加它再次返回并发生碰撞的几率,这也会引起双电子电离几率的增加。同时,磁场的约束会增加返回电子被原子核再次束缚的几率,这会使得双电子电离几率下降。通过调节恒定磁场的强度可以控制双电子电离几率的大小,而且也有助于我们理解超强激光场中的相对论效应。
全文共分为以下六个部分:
1)引言:总结了激光技术的发展历程,并简单介绍了原子与超强激光脉冲的相互作用。其中,着重介绍了原子在强激光场中的非序列双电子电离在实验上和理论上的研究进展。
2)详细描述了我们研究非序列双电子电离过程所使用的三维半经典再散射模型。
3)分析了不同光强以及不同绝对相位的超短脉冲中原子的非序列双电子电离。本文计算了相同绝对相位但光强由弱变强的超短脉冲中非序列双电子电离,二价离子平行于激光电场偏振方向的动量分布出现了单峰变双峰又变单峰的变化,验证了不同光强下对应于不同的非序列双电子电离机制。并提出了一种新的电离机制——激光辅助碰撞电离,来解释较高光强时的非序列双电子电离过程。进一步,本文计算了不同绝对相位的超短脉冲对应的非序列双电子电离,并详细解释了超短脉冲的绝对相位对非序列双电子电离的影响。
4)我们在已有的激光电场的基础上增加了一个强度相对较弱的恒定电场来调节电场的分布形式,以此来改变非序列双电子电离过程。利用恒定电场对非序列双电子电离的调节,本文提出了一种标定超短脉冲绝对相位和电场强度的理论方法。
5)本文利用平行于激光电场偏振方向的恒定磁场来控制原子的非序列双电子电离过程,详细解释了不同强度的恒定磁场对原子非序列双电子电离的影响。理论结果显示,原子在强激光场中发生电离时,磁场是一种控制电子运动的非常有效的手段。
6)最后,本文对当前原子分子与强激光场相互作用的研究进行了总结和展望。