本文關(guān)鍵詞：超快激光調(diào)控材料電子動(dòng)力學(xué)和狀態(tài)特性的理論研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：飛秒激光(151fs 10 s-?)具有脈沖時(shí)間很短、功率很高、能量很大的特點(diǎn),因而可以在各種材料上實(shí)現(xiàn)精度高、速度快、熱影響區(qū)域小的非熱熔性加工。阿秒激光(181as 10 s-?)的持續(xù)時(shí)間比飛秒激光更短,其可以在電子運(yùn)動(dòng)的遲豫時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的直接調(diào)控。當(dāng)激光強(qiáng)度達(dá)到12 210 W/cm時(shí),非線(xiàn)性吸收在電子的電離機(jī)制中占主導(dǎo)地位,電子主要通過(guò)多光子電離、雪崩電離和隧道電離被激發(fā)。強(qiáng)場(chǎng)電離使得人們有機(jī)會(huì)通過(guò)調(diào)控超快超強(qiáng)激光的功率密度分布實(shí)現(xiàn)對(duì)電子的動(dòng)態(tài)調(diào)控。超快超強(qiáng)激光加工是一個(gè)從飛秒到微秒、從納米到微米的復(fù)雜的非線(xiàn)性多尺度的過(guò)程,對(duì)應(yīng)于不同時(shí)間尺度的激光與物質(zhì)的相互作用過(guò)程,需要選用不同的理論和模型進(jìn)行描述。在探索飛秒量級(jí)的激光與物質(zhì)的作用機(jī)制時(shí),人們需要引進(jìn)量子力學(xué)以對(duì)光子吸收過(guò)程進(jìn)行研究。含時(shí)密度泛函理論由于其在計(jì)算精度和計(jì)算時(shí)間上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),目前已成為研究多電子系統(tǒng)中的非線(xiàn)性電子動(dòng)力學(xué)的唯一有效的方法。本文利用含時(shí)密度泛函理論發(fā)展了使用超快超強(qiáng)激光調(diào)控電子動(dòng)力學(xué)的理論研究,主要工作包括:(1)橢圓極化飛秒激光調(diào)控電子動(dòng)力學(xué)研究橢圓極化飛秒激光作用下的鋁塊材的電子的電離機(jī)制和密度分布情況,提出了影響電子電離率的三個(gè)主要因素,并對(duì)比了這三個(gè)因素的影響力的大小程度。(2)飛秒激光與阿秒激光協(xié)同調(diào)控電介質(zhì)的電導(dǎo)率研究復(fù)合激光調(diào)控電介質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)的機(jī)理。使用阿秒激光與飛秒激光的協(xié)同作用作為“光開(kāi)關(guān)”,在阿秒尺度內(nèi)顯著地提高了金剛石電導(dǎo)率,將目前實(shí)驗(yàn)室條件下的場(chǎng)效應(yīng)管的最高響應(yīng)頻率提高了3個(gè)數(shù)量級(jí)。(3)雙飛秒激光調(diào)控電介質(zhì)的擊穿過(guò)程研究雙飛秒激光的協(xié)同作用下的金剛石的擊穿過(guò)程的電子動(dòng)力學(xué)。通過(guò)模擬金剛石擊穿過(guò)程中的材料的極化率和誘導(dǎo)極化電流的演化,提出了兩個(gè)判斷材料是否被擊穿的新標(biāo)準(zhǔn)。
【關(guān)鍵詞】：超快超強(qiáng)激光 電子動(dòng)態(tài)調(diào)控 第一性原理計(jì)算 含時(shí)密度泛函理論
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG665
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 研究的目的和意義10-11
• 1.2 超快超強(qiáng)激光調(diào)控電子動(dòng)力學(xué)的作用機(jī)制11-13
• 1.2.1 飛秒激光與物質(zhì)的相互作用機(jī)制11-13
• 1.2.2 阿秒激光與物質(zhì)的相互作用機(jī)制13
• 1.3 超快超強(qiáng)激光調(diào)控電子動(dòng)力學(xué)和材料性質(zhì)的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4 超快超強(qiáng)激光與材料的相互作用的多尺度模型15-17
• 1.5 主要研究?jī)?nèi)容17-19
• 第2章 理論方法19-36
• 2.1 電子計(jì)算理論的發(fā)展19-24
• 2.1.1 玻恩-奧本海默近似（Born-Oppenheimer Approximation）19-20
• 2.1.2 哈特利-�？私疲℉artree-Fork Approximation）20-21
• 2.1.3 組態(tài)相互作用（Configuration Interaction）21-24
• 2.2 密度泛函理論24-29
• 2.2.1 Hohenberg-Kohn定理24-27
• 2.2.2 Hohenberg-Kohn方程27-29
• 2.3 含時(shí)密度泛函理論的發(fā)展和挑戰(zhàn)29-32
• 2.3.1 Runge-Gross定理29-30
• 2.3.2 含時(shí)Kohn-Sham(TDKS)方程30-32
• 2.4 含時(shí)密度泛函理論下的激光作用理論32-36
• 第3章 橢圓極化飛秒激光調(diào)控金屬的電子動(dòng)力學(xué)36-49
• 3.1 Al的晶格結(jié)構(gòu)和橢圓極化飛秒激光的參數(shù)設(shè)定36-39
• 3.2 橢圓極化飛秒激光的長(zhǎng)軸方向?qū)﹄娮蛹ぐl(fā)和吸收能的影響39-41
• 3.3 橢圓極化飛秒激光的能量分布對(duì)電子激發(fā)和吸收能影響41-44
• 3.4 橢圓極化飛秒激光的長(zhǎng)軸方向和能量分布對(duì)電子的激發(fā)率和吸收能的協(xié)同調(diào)控44-48
• 小結(jié)48-49
• 第4章 飛秒激光與阿秒激光協(xié)同調(diào)控電介質(zhì)的電導(dǎo)率49-61
• 4.1 金剛石的晶格結(jié)構(gòu)和激光的參數(shù)設(shè)定49-50
• 4.2 飛秒激光調(diào)控電介質(zhì)的電導(dǎo)率50-51
• 4.3 阿秒激光調(diào)控電介質(zhì)的電導(dǎo)率51-53
• 4.4 飛秒激光與阿秒激光協(xié)同調(diào)控電介質(zhì)的電導(dǎo)率53-60
• 小結(jié)60-61
• 第5章 雙飛秒激光調(diào)控電介質(zhì)的擊穿過(guò)程61-69
• 5.1 雙飛秒激光的參數(shù)設(shè)定和擊穿閾值的測(cè)定61-62
• 5.2 電介質(zhì)擊穿過(guò)程中的極化率的演化62-65
• 5.3 電介質(zhì)擊穿過(guò)程中的誘導(dǎo)電流的演化65-67
• 小結(jié)67-69
• 結(jié)論69-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單75-76
• 致謝76

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