收藏本站
《中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

飞秒强激光场下惰性气体原子的电离动力学研究

王艳兰  
【摘要】:随着超快强激光技术的发展,飞秒强激光与物质相互作用已经成为揭示原子分子内部超快运动规律,探索极端强场条件下的原子物理新现象的重要手段。在飞秒强激光场中,光与物质相互作用进入全新的非线性、强非微扰区域,实验上发现了一系列新颖的物理现象,如多光子电离、阈上电离、非顺序双电离、高次谐波产生等。对这些新现象的研究已成为当前原子分子光物理领域的重要基础前沿,同时推动了一些新兴学科领域的诞生与发展,例如通过飞秒强激光与原子分子气体相互作用产生高次谐波的方法是获得阿秒光脉冲的首选方案,也是当前唯一实现了阿秒光脉冲的方案,直接导致了阿秒物理学的出现与蓬勃发展。本论文利用飞行时间质谱仪和冷靶反冲离子动量谱仪(COLTRIMS)等实验技术,结合半经典理论计算方法,研究了飞秒强激光与惰性气体原子相互作用的非顺序双电离以及阈上电离动力学行为。主要工作内容及取得成果如下:1.实验和理论研究了强激光场中氙原子非顺序双电离过程对激光波长的依赖。我们发现,实验上观测到的二价氙离子与一价氙离子产量比值与激光波长的关系偏离了simple-man模型的理论预测结果,具体表现为比值随波长下降的整体斜率发生了变化以及在关系曲线上出现了一系列的峰。基于包含了库仑势的半经典模型我们重现了离子产量与波长的整体依赖关系。分析表明,这种依赖关系是由自由电子的波包扩散,库仑聚焦以及与其密切相关的库仑散焦三种效应之间的相互作用导致的。2.实验和理论研究了中红外强激光场下氙原子非顺序双电离机制。我们发现当激光波长为2400nm时,随着激光光强的增加,二价氙离子动量分布从在零动量处呈现平台结构过渡到非零动量处呈现明显的双峰结构,这与实验室常用的790nm下的实验结果不同。基于再碰撞模型,我们可以得到非顺序双电离过程中碰撞直接电离(RII)和碰撞激发电离(RESI)两种通道贡献的相对比值。分析表明,随着波长和光强的增加,RII通道的贡献增大,导致离子动量分布出现双峰结构。此外,我们可以通过简单的函数拟合得到与实验结果一致的离子动量分布,并能获得对应于这两种通道的离子动量分布。3.理论研究了原子极化效应对椭圆偏振激光场中惰性气体阈上电离机制的影响。基于包含了库仑势和原子极化效应的半经典模型的理论计算结果显示,惰性气体原子Ar,Kr,Xe在椭圆偏振光下的光电子角分布几乎是一致的,这与实验结果相符。分析表明,极化效应会使电子隧穿时离母离子的距离增加,并且削弱母离子与光电子之间的库仑相互作用,这导致前向散射电子被抑制、直接电子贡献增加,从而造成Ar,Kr,Xe具有一致的光电子角分布。
【关键词】:阈上电离 非顺序双电离 中红外飞秒激光 电子电子-电子关联 原子极化效应
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O562
【目录】:
  • 摘要4-6
  • ABSTRACT6-10
  • 第一章 引言10-30
  • 1.1 原子与强激光场相互作用的物理现象10-15
  • 1.1.1 阈上电离11-12
  • 1.1.2 非顺序双电离12-13
  • 1.1.3 高次谐波产生13-14
  • 1.1.4 里德堡态产生14-15
  • 1.2 物理模型15-18
  • 1.2.1 电离机制15-17
  • 1.2.2 再碰撞图像17-18
  • 1.3 强激光场中原子电离现象的研究进展18-28
  • 1.3.1 阈上电离的研究进展18-22
  • 1.3.2 非顺序双电离的研究进展22-28
  • 1.4 本文工作28-30
  • 第二章 实验装置和理论方法30-46
  • 2.1 实验装置30-37
  • 2.1.1 飞秒激光器系统30-32
  • 2.1.2 飞行时间质谱仪32-34
  • 2.1.3 冷靶反冲离子动量谱仪34-37
  • 2.2 理论方法37-46
  • 2.2.1 数值求解含时薛定谔方程37-38
  • 2.2.2 基于强激光场近似的量子散射矩阵理论38-40
  • 2.2.3 半经典模型40-45
  • 2.2.4 全经典模型45-46
  • 第三章 氙原子非顺序双电离过程对激光波长依赖的研究46-60
  • 3.1 研究背景46-47
  • 3.2 实验结果47-50
  • 3.3 分析和讨论50-59
  • 3.3.1 半经典模型计算结果50-54
  • 3.3.2 库仑聚焦效应54-56
  • 3.3.3 库仑散焦效应56-59
  • 3.4 本章小结59-60
  • 第四章 中红外强激光场下氙原子非顺序双电离机制的研究60-70
  • 4.1 研究背景60-61
  • 4.2 实验结果61-62
  • 4.3 分析和讨论62-67
  • 4.3.1 基于再碰撞模型的RⅡ通道分析62-63
  • 4.3.2 基于再碰撞模型的RESI和RⅡ通道比较分析63-67
  • 4.4 本章小结67-70
  • 第五章 椭圆偏振激光场下极化效应对惰性气体原子阈上电离影响的研究70-86
  • 5.1 研究背景70-71
  • 5.2 理论模型71-74
  • 5.3 理论计算结果74-77
  • 5.4 分析和讨论77-84
  • 5.5 本章小结84-86
  • 第六章 总结与展望86-88
  • 参考文献88-100
  • 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果100-102
  • 致谢102-103

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周玲;自由电子在强激光场中的运动[J];甘肃高师学报;2005年05期
2 安伟科;;强激光场中氘团簇引发核聚变的复合膨胀机制[J];湖南理工学院学报(自然科学版);2006年04期
3 李清流;;谈谈强激光场下的几类典型效应[J];科教文汇(上旬刊);2008年11期
4 郑丽萍,邱锡钧;光强、频率对强激光场中的多原子分子离子增强电离行为的影响[J];物理学报;2000年10期
5 何斌,常铁强,张家泰,许林宝;超强激光场等离子体中电子纵向运动的研究[J];物理学报;2001年10期
6 赵松峰;周效信;王国利;金成;;用伪谱方法研究强激光场中一维原子的稳定性[J];原子与分子物理学报;2006年05期
7 周效信;一维原子模型在超强激光场的电离[J];西北师范大学学报(自然科学版);2000年01期
8 陈建新,王骐,夏元钦;借助光栅测谱中高级次谱判断强激光场作用时的有效功率密度[J];中国激光;2003年03期
9 赵松峰,周效信,李鹏程,王国利;用伪谱方法计算强激光场中一维原子的高次谐波和电离几率[J];西北师范大学学报(自然科学版);2004年03期
10 任娜;王加祥;李安康;李桂波;;强激光场中真空极化效应[J];强激光与粒子束;2011年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 丁大军;;超快强激光场中分子动力学过程研究[A];第十五届全国原子与分子物理学术会议论文摘要集[C];2009年
2 陈京;柳晓军;程亚;徐至展;;强激光场中原子分子动力学研究[A];第十六届全国原子与分子物理学术会议论文摘要集[C];2011年
3 傅立斌;刘杰;陈式刚;;强激光场中氦原子电离行为[A];中国工程物理研究院科技年报(2000)[C];2000年
4 魏启;;高频强激光场中原子分子稳定性研究[A];第七届全国青年计算物理学术会议论文集[C];2013年
5 卞学滨;史庭云;;强激光场中线形分子离化机制研究[A];第十五届全国原子与分子物理学术会议论文摘要集[C];2009年
6 高振;熊轶嘉;吴成印;王进雄;孔繁敖;;分子在飞秒强激光场中的解离[A];Strong Field Laser Physics--Proceedings of CCAST (World Laboratory) Workshop[C];2000年
7 吴成印;任海振;刘婷婷;马日;杨宏;蒋红兵;龚旗煌;;分子在强激光场下的场致电离和库仑爆炸[A];第五届全国光学前沿问题研讨会论文摘要集[C];2001年
8 田友伟;李升华;董健堂;;周期量级强激光场中电子振荡所导致的辐射的空间分布特性[A];第十五届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2009年
9 赵迪;李福利;;强激光场中高次谐波过程的经典电子轨迹研究[A];第十四届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2010年
10 赵松峰;周效信;;分子在强激光场中的隧穿电离[A];第十六届全国原子与分子物理学术会议论文摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王艳兰;飞秒强激光场下惰性气体原子的电离动力学研究[D];中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所);2017年
2 王操;飞秒强激光场中多原子分子的解离[D];中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所);2006年
3 杨迪;原子及小分子强激光场动力学理论研究[D];大连理工大学;2011年
4 周效信;用最小二乘法研究强激光场与原子的相互作用[D];中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所);2001年
5 赵松峰;原子分子在强激光场中产生的高次谐波研究[D];西北师范大学;2008年
6 李安康;强激光场中自由电子的谐波辐射及其应用研究[D];华东师范大学;2013年
7 祁月盈;强激光场中模型原子的保结构计算[D];吉林大学;2004年
8 贾欣燕;超冷原子和强激光场中分子体系的量子问题[D];山西大学;2008年
9 胡师林;强激光场中线性分子电离动力学的理论研究[D];中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所);2013年
10 张盛;飞秒强激光场中小分子的电离和解离研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王品懿;强激光场中原子HATI类共振增强的研究[D];西南交通大学;2015年
2 舒正;超快强激光场中的隧穿动力学[D];山西大学;2015年
3 张雅芸;高频强激光场中原子稳定性研究[D];华东师范大学;2016年
4 杨宇亮;N_2分子在飞秒强激光场中的电离和解离研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
5 黄方;双原子分子在强激光场中电离特性的理论研究[D];西北师范大学;2016年
6 赵松峰;用数值方法研究强激光场与原子的相互作用[D];西北师范大学;2004年
7 王元生;原子(离子)分子在强激光场中的电离[D];西北师范大学;2009年
8 李太东;强激光与电子的相互作用研究[D];华东理工大学;2011年
9 刘时雄;真空中强激光直接加速电子的理论研究[D];华南师范大学;2005年
10 张洪宝;强激光场中一维模型原子的辛算法计算[D];吉林大学;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026