线性分子在强激光场中电离角分布的理论研究

摘要

强激光脉冲作用下的分子表现出了很多新奇的非微扰的电离现象,包括多光子电离(MPI)、阈上电离(ATI)、隧穿电离(TI)、越垒电离以及非序列双电离(NSDI)等等。当Keldysh参数g>1时,分子在激光场中的多光子电离占主导;而当g<1时,主要发生隧穿电离、甚至越垒电离。随着超短、超强脉冲激光的不断发展,强激光场与分子相互作用引起了人们极大的兴趣。这是因为强激光场和分子在相互作用过程中,不仅会出现与原子体系同样的现象,而且会出现一些更加复杂并且有趣的物理过程。例如分子键的软化、硬化和断裂,分子的解离、电荷共振增强电离和库仑爆炸,分子电离的取向依赖以及电离抑制等现象。原则上,可采用数值求解分子在强激光场中的含时薛定谔方程对上述现象进行研究,但是计算量非常大。本文则采用分子隧穿电离理论(即MO-ADK理论)研究分子在强激光场中的电离速率,该理论最大的优点是形式简单、计算量小。本文的主要研究工作分为以下两部分:
　　第一,本文采用B样条函数展开方法精确求解线性分子的非含时薛定谔方程,得到不对称异核双原子分子HeH2+的能级和分子波函数,用计算所得的波函数确定了HeH2+在几个核间距下的分子结构参数。然后利用MO-ADK理论对HeH2+的强场电离速率对分子取向角的依赖关系进行了系统的研究。研究结果表明,HeH2+的几个低激发态(2pσ,2pπ,3dδ)的轨道形状很好地反映在了取向依赖的电离速率当中,但是,对于基态1sσ,电离速率与电子密度的角分布存在很大差异,另外,我们还计算了核间距依赖的电离概率,所得结果和通过求解含时薛定谔方程所得到的结果符合地非常好。
　　第二,我们还确定了不对称异核双原子分子LiH3+、BeH4+在几个核间距时的结构参数。通过在MO-ADK理论中考虑分子能级的移动(即Starkshift),研究了Stark效应对分子电离角分布的影响。研究结果表明,Stark效应对大多数线性分子电离角分布的影响比较小,而HeH2+(1sσ)的基态和CO(5σ)的最高占据轨道是个例外,即考虑和不考虑Stark效应时的电离角分布变化趋势截然相反。

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中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 超短超强激光场中分子的电离机制

1.3 本论文的工作

2 强激光场与分子相互作用的基本理论和方法

2.1 强激光场与分子相互作用的基本理论概述

2.2 求解分子在强激光场中隧穿电离速率的理论方法

2.3 MO-ADK理论

2.4 MO-SFA理论

3 不对称双原子分子HeH2+强场隧穿电离速率对取向角依赖的研究

3.1 引言

3.2 理论方法

3.3 结果和讨论

3.4 结论

4 Stark 效应对极性分子在强激光场中隧穿电离角分布的影响

4.1 引 言

4.2 理论方法

4.3 结果及讨论

4.4 结 论

5 总结与展望

5.1 本论文的主要工作

5.2 研究展望

参考文献

附录I：攻读硕士期间发表和完成的研究论文

致谢