强场原子分子电离中的电子干涉与关联特性研究

摘要

超快强激光脉冲的出现，使得光与物质相互作用的研究进入一个全新的阶段。这种超快强激光脉冲与原子分子相互作用出现了一系列传统微扰理论无法解释的高阶非线性现象，如阈上电离、非顺序双电离、高次谐波产生和库伦爆炸等。在这些高阶非线性现象中，阈上电离作为在原子尺度上探测原子分子结构及超快电子动力学过程的有力工具，受到越来越多的关注。另外，在非顺序双电离中两电子之间呈现出很强的关联性，这为人们研究自然界中电子关联这一普遍现象提供了一种简单效的途径。因此，阈上电离和非顺序双电离逐渐成为强场物理领域研究的热点。本论文主要围绕阈上电离和非顺序双电离开展以下几方面的工作：
　　（1）通过结合数值求解三维含时薛定谔方程和基于强场近似的量子轨道模型，我们系统地研究了红外激光脉冲驱动原子阈上电离中的电子干涉。这些干涉包括直接电子间的干涉和直接电子与散射电子间的干涉。通过选择特定的量子轨迹，在光电子动量谱中获得了相应的干涉结构。这为人们理解强场阈上电离的实验结果提供了有力指导。
　　（2）研究了不同分子结构下阿秒极紫外脉冲驱动的分子光电子全息。通过结合红外激光脉冲和阿秒极紫外脉冲，直接电子波包间的干涉被抑制进而在光电子动量分布中获得了清晰的全息干涉结构。并且，这种全息干涉结构对于分子结构有很强的依赖性。对于电子云集中在分子轴上的具有σ对称性的分子轨道，全息干涉结构中的干涉峰的数量随着分子轨道节点轴的增加而增加。另外，对于这种分子轨道，沿着激光偏振方向的光电子动量谱中干涉峰的位置和数量强烈地依赖于分子核间距。而对于电子云呈离轴分布的具有π对称性的分子轨道，在光电子动量分布中有一个节点线存在，并且这一节点线与激光偏振方向重合。这些结果表明阿秒极紫外脉冲驱动的光电子全息可以作为分子结构成像的有力工具。
　　（3）研究了强红外激光场中不同分子排列下双原子分子的阿秒光电离，结果表明光电子动量谱中的全息干涉结构对分子排列有很强的依赖性。当激光脉冲偏振方向不与分子的对称轴重合时，在光电子动量分布中的全息干涉结构中将出现一个节点线。随着分子轴与激光脉冲偏振方向的夹角逐渐增大，这一节点线也随之发生变化。通过仔细检查电子波函数，我们发现全息干涉结构对分子排列的依赖性源于电离时刻连续电子波包的空间振幅分布的非对称性。
　　（4）研究了正交双色场驱动的原子非顺序双电离中的关联电子动力学。结果发现关联电子动量分布强烈地依赖于正交双色场的相对相位。通过追踪双电离轨迹的历史，我们发现通过改变正交双色场的相对相位可以在阿秒时间精度上控制再碰撞电子波包的回复时间。碰撞之后，一个电子立即被电离而另一个电子或是处于激发态或是被立即释放。通过调节正交双色场的相对相位，同样可以在阿秒时间精度上控制激发电子的电离时间。这种对再碰撞电子波包的回复时间和激发电子的释放时间的阿秒控制造成了双电子关联行为对相对相位的依赖性。

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1 绪论

1.1 概述

1.2 原子分子在强激光场中的电离机制

1.3 强场原子分子电离的研究进展

1.4 论文的主要工作

2 强场电离的理论方法

2.1 数值求解含时薛定谔方程

2.2 经典系综模型

2.3 本章小结

3 强场原子分子阈上电离中的干涉动力学研究

3.1 研究背景

3.2 红外激光脉冲驱动原子阈上电离中的电子干涉

3.3 不同分子结构下阿秒极紫外脉冲驱动的分子光电子全息

3.4 强红外激光场中不同分子排列下双原子分子的阿秒光电离

3. 5 本章小结

4 正交双色场驱动原子非顺序双电离研究

4.1 研究背景

4.2 正交双色场中两脉冲的作用

4.3 离子和电子动量分布

4.4 经典电子轨迹分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读博士学位期间发表论文目录