多色激光场中电子与原子的散射

摘要

激光技术的出现,为散射碰撞过程提供了能量源和背景场地,使得研究激光作用对原子分子散射过程的影响成为可能。激光参与电子一原子散射会出现一些新的过程,对该过程进行深入的研究,能够揭示出许多新的物理现象与效应,加深对相关粒子间相互作用及动力学过程的理解,也必将促进实验技术及理论方法的发展。同时对于了解大气物理、激光物理、天体物理学、等离子体等领域的许多现象有重要的应用基础价值,而且对于纤维光学、远距离通讯、材料科学、生物学等亦有深远影响。 由于激光场中电子一原子散射过程是一个多体相互作用过程(即含有电子、靶原子和光子),理论上精确计算非常困难。本文仅研究了一种最具有代表性的基本散射类型--激光辅助电子被原子弹性散射的自由-自由跃迁过程。该过程中靶原子在散射前后始终处于基态,而电子被散射的同时吸收或发射多个光子。 本文以氦原子作为靶原子进行了系统计算：一方面,对于双色线性激光场中自由-自由跃迁这一复杂的三体散射过程,利用一些假定和近似就可以把它简化为在经典的含时矢势场-A(t)和定域势V(r)中运动电子的单体散射问题。由于该散射过程的复杂性,计算只在散射模式G(激光场极化矢量平行于入射电子的方向)和散射模式G(激光场的极化方向在电子的入射方向和出射方向所确定的平面内,并且极化方向与电子的入射方向有ψ0=38°的夹角)下进行。计算中对原子势场的描述势是利用静电屏蔽的Yukawa势,这种势在我们以前的工作中用到过,在单色激光场情况下效果很好。从计算结果来看,交换光子数的不同,相位效应有显著的差别；散射角和散射模型的不同、电子的入射能量和光子能量的差异以及相移,都会对微分截面产生很大的影响。这些结论与其他研究者早期的工作趋于一致；但和他们的结果相比较,本文给出的结果更加详尽和全面。另一方面,本文也对非线性激光场中电子一原子散射进行了研究,在散射模式GG(非线性激光场的波矢后垂直于散射平面,极化方向x、y互相垂直且都垂直于→k)情况下,利用前面类似的理论近似和方法计算了氦原子的微分散射截面。从计算结果中可以看到,交换光子数的不同对微分散射截面的变化趋势有较大影响；另外,参数p对散射过程也起了很大作用。这些结论都是本文首次给出的。 总的来说,一阶玻恩近似在双色激光场以及非线性激光场中也能够给出比较好的结论,但还需要进一步的理论研究和实验验证。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1激光场中电子-原子散射的研究背景及意义

1.2研究进展及现状

1.3激光场中电子-原子散射过程与分类

第二章基本概念和理论

2.1激光场的描述及散射模式

2.2散射系统的描述

2.3规范变换

2.4 Volkov态

第三章双色激光场中激光辅助自由-自由跃迁过程

3.1理论方法

3.2结果及其讨论

3.2.1采用G'模型的数值计算

3.2.2关于散射模式G和G'的计算

第四章非性激光场中激光辅助自由-自由跃迁过程

4.1一阶玻恩近似

4.2数值计算及其讨论

结论

参考文献

致谢

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