發(fā)布時(shí)間：2020-04-23 16:55

【摘要】：強(qiáng)激光場(chǎng)與原子分子相互作用會(huì)產(chǎn)生很多物理現(xiàn)象,諸如隧穿電離、多光子電離和高次諧波發(fā)射等。高次諧波發(fā)射是一個(gè)高度非線性現(xiàn)象,Corkum提出的三步模型可以很好地解釋其產(chǎn)生過程:電子在激光場(chǎng)的作用下電離到連續(xù)態(tài);隨后電子在激光場(chǎng)中加速并獲得能量;當(dāng)激光場(chǎng)反向時(shí),電子有可能與母核復(fù)合并發(fā)射出高能光子,此即高次諧波發(fā)射,它是獲得相干極紫外射線和阿秒脈沖的有效途徑。電離是強(qiáng)激光與物質(zhì)相互作用的基本物理過程之一,人們可以通過電離電子的動(dòng)量分布來深入研究電子的動(dòng)力學(xué)行為并探測(cè)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。本文系統(tǒng)地研究了 CS2分子的高次諧波發(fā)射、阿秒脈沖的產(chǎn)生以及氫原子和H2+分子的光電子動(dòng)量分布,具體內(nèi)容概括如下:(1)應(yīng)用分子Lewenstein方法研究了橢圓偏振及雙色圓偏振激光場(chǎng)中CS2分子的高次諧波發(fā)射。我們通過GAMESS-UK軟件構(gòu)造CS2分子的最高占據(jù)軌道并將其作為初始波函數(shù)。結(jié)果表明,雙色圓偏振激光場(chǎng)中CS2分子的高次諧波發(fā)射強(qiáng)度比其在橢圓偏振激光場(chǎng)下的發(fā)射強(qiáng)度提高了大約三個(gè)數(shù)量級(jí),同時(shí)諧波的截止位置也被拓展。電子運(yùn)動(dòng)的經(jīng)典軌跡、電子的電離產(chǎn)額及時(shí)頻分析圖像可以很好地解釋高次諧波發(fā)射的深層物理機(jī)制。最后,當(dāng)在雙色圓偏振激光場(chǎng)上疊加一個(gè)靜電參數(shù)為α=0.35的靜電場(chǎng)后,可以實(shí)現(xiàn)單量子軌道控制并形成了一個(gè)超寬連續(xù)譜,其截止位置拓展到了 190階次。通過疊加130階次到180階次的諧波得到了脈寬為110 as的孤立阿秒脈沖。(2)采用強(qiáng)場(chǎng)近似方法理論模擬了氫原子在組合圓偏振激光場(chǎng)作用下的多光子電離,其光電子動(dòng)量分布中出現(xiàn)了渦旋結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明當(dāng)波長(zhǎng)為30 nm和70 nm時(shí),光電子動(dòng)量分布的渦旋結(jié)構(gòu)中存在兩個(gè)旋臂;而當(dāng)波長(zhǎng)為140nm時(shí),渦旋結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了四個(gè)旋臂。阿秒微擾電離理論可以很好地解釋光電子動(dòng)量分布的渦旋結(jié)構(gòu)中旋臂個(gè)數(shù)隨激光波長(zhǎng)的變化。此外,我們通過數(shù)值求解含時(shí)薛定諤方程的方法理論研究了氫原子的光電子動(dòng)量分布,其分布與通過強(qiáng)場(chǎng)近似方法得到結(jié)果吻合。我們還研究了組合圓偏振激光場(chǎng)的時(shí)間延遲對(duì)氫原子光電子動(dòng)量分布的影響。研究發(fā)現(xiàn),增加時(shí)間延遲可以使光電子動(dòng)量分布發(fā)生旋轉(zhuǎn),當(dāng)時(shí)間延遲為Td=1 O.C.時(shí),光電子動(dòng)量分布剛好旋轉(zhuǎn)了 180°。接著我們研究了激光脈沖的旋性對(duì)于光電子動(dòng)量分布的影響,光電子動(dòng)量分布中渦旋結(jié)構(gòu)的螺旋方向與組合場(chǎng)中具有時(shí)間延遲的那束激光的旋性相一致。而當(dāng)兩束激光場(chǎng)同為左旋或右旋圓偏振時(shí),渦旋結(jié)構(gòu)消失,光電子動(dòng)量分布呈現(xiàn)出類似牛頓環(huán)的多圓環(huán)分布。我們使用阿秒微擾電離理論很好地解釋了上述現(xiàn)象。(3)通過求解凍核近似下的H2+分子的二維含時(shí)薛定愕方程,我們理論研究了橢圓偏振激光脈沖作用下H2+分子的光電子動(dòng)量分布及角分布。首先研究了激光橢偏率對(duì)動(dòng)量分布和角分布的影響,光電子動(dòng)量主要分布在垂直分子軸的方向上并與之有一個(gè)小的夾角;隨著激光橢偏率的增加,動(dòng)量分布也逐漸增強(qiáng)。通過阿秒微擾電離理論對(duì)動(dòng)量分布增強(qiáng)現(xiàn)象進(jìn)行解釋。接著研究了光電子動(dòng)量分布及角分布隨分子核間距的改變,隨著核間距的增加,沿分子軸方向的動(dòng)量分布增強(qiáng);分子的初始動(dòng)量分布以及動(dòng)量分布隨時(shí)間的演化可以很好地解釋這種現(xiàn)象。此外,我們研究了激光波長(zhǎng)對(duì)光電子譜和角分布的影響,當(dāng)激光脈沖波長(zhǎng)從35 nm減小到5 nm時(shí),在光電子動(dòng)量分布及角分布可同時(shí)觀察到激光誘導(dǎo)電子衍射現(xiàn)象。(4)研究了光電子動(dòng)量分布對(duì)于分子取向的依賴性。當(dāng)激光場(chǎng)橢偏率為∈=0.5和∈=1.0時(shí),無論分子取向角如何變化,光電子動(dòng)量總是垂直于分子軸方向分布;當(dāng)橢偏率為∈=0時(shí),只要激光場(chǎng)與分子軸之間夾角不為零,光電子動(dòng)量分布仍然遵從上述規(guī)律。阿秒微擾電離理論可以很好地解釋光電子動(dòng)量的垂直分布特性。然而,當(dāng)線偏振激光場(chǎng)與分子軸夾角為零時(shí),H2+分子的光電子動(dòng)量分布中出現(xiàn)了六瓣結(jié)構(gòu)的特殊分布。我們通過電子波包和光電子動(dòng)量分布隨時(shí)間的演化圖像來解釋這種現(xiàn)象。
【圖文】：

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【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O562;TN24

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