双原子分子在飞秒激光强场中的电离解离动力学

摘要

在分子科学中，强激光场条件下研究分子动力学是一个具有挑战性的热点课题。在强激光场条件下探索物质的新特性以及以强激光场作为工具来研究怎样操作和控制物质等方面，该研究方向都有非常重大的应用前景。面对强场实验中层出不穷的新现象，从理论上探索这些实验现象背后的规律，建立合理的理论模型来解释这些实验现象就显得非常重要了。鉴于含时量子力学方法的高效性、直观性以及准确性，它被广泛的应用于分子动力学的理论研究当中。 本论文采用含时量子力学方法针对不同分子体系在飞秒强激光场条件下的电离解离现象进行了模拟计算，得到了与实验符合较好的计算结果，并且从理论上很好的解释了实验现象。 论文共包括五章，其中我们的主要工作是第三章到第五章。第一章简单介绍了分子反应动力学以及飞秒科学技术，回顾了近些年来飞秒激光的发展，简单阐述了飞秒激光强场中的电离解离现象以及量子含时波包方法，最后给出了本论文的主要工作内容。 第二章首先介绍了波包和势能面的基本概念，然后阐述了耦合能级的基本理论，最后详细的介绍了含时量子波包计算方法。其中主要包括初始波包的计算、快速傅里叶变换方法以及常用的时间传播方法。 第三章我们对I-2离子的光电离过程进行了理论研究。针对I-2离子飞秒时间分辨的光电离实验的结果，建立了一维含时波包模型，并且从理论上模拟了I-2离子的光电子能谱。和前人采用半经典的方法对该实验结果进行模拟相比，我们在这里采用了精确的量子力学方法来处理整个电离过程。我们的计算结果和实验结果符合的相当好，并且合理的解释了I-2离子整个光电离实验过程中的现象。 第四章分为两部分。在第一部分中我们首先对NaI分子的光电离过程进行了理论研究。鉴于前人理论计算结果与实验结果的明显差异，我们采用了精确的量子力学方法对整个实验过程进行了理论模拟，理论结果和实验结果符合的很好。除此之外，我们还对整个光电离过程进行了合理的理论解释。在第二部分中我们从理论上对NaI分子的光解离过程进行了研究。在NaI分子的光电离过程中伴随有解离过程，并且这两个过程是相互竞争的。在不同的激光场条件下，电离和解离的产率都不相同。这点对于相关方面的实验工作来说，具有比较重要的指导意义。 第五章我们通过计算得到了Na2分子在强激光场条件下的光电子能谱。我们观察到了波包在中性激发态势能曲线上的周期性振动，而且还对各种电离机制进行了合理的分析。在整个光电离过程中，我们可以看到在不同的延迟时间条件下会有不同性质的光电离发生。通过计算结果我们还发现，通过控制延迟时间的长短我们可以控制自由电子动能的大小。

目录

文摘

英文文摘

声明

1引言

1.1分子反应动力学简介

1.2飞秒科学技术简介

1.3飞秒激光及飞秒激光强场

1.4飞秒激光强场中的电离解离现象

1.5量子含时波包计算方法简介

1.6本论文工作简介

2含时量子波包计算方法

2.1两个基本概念

2.1.1波包

2.1.2势能面

2.2耦合能级的基本理论

2.2.1 Born-Oppenheimer近似

2.2.2激光场与分子的相互作用

2.3计算初始波包

2.3.1分立变量表象(DVR)和有限基表象(FBR)

2.3.2利用DVR方法求解分子振动本征态

2.3.3基于FGH方法求解分子振动本征态

2.3.4弛豫方法求解本征值

2.4快速傅里叶变换方法在含时波包计算中的应用

2.4.1坐标表象和动量表象之间的变换

2.4.2分立的快速傅里叶变换在含时波包计算中的应用

2.5含时波包计算中常用的时间传播方法

2.5.1劈裂算符法(Split Operator；SO)

2.5.2二阶差分法(Second-order Differencing；SOD)

2.5.3切比雪夫(Chebyshev)多项式展开法

2.6含时量子波包方法小结

3 I2-离子飞秒强激光场条件下电离的理论研究

3.1飞秒时间分辨的光电子能谱技术发展简介

3.2 I2-离子飞秒时间分辨率的光电离实验简介

3.3理论研究模型

3.4计算结果及理论分析

3.5本章小结

4 NaI分子飞秒强激光场条件下电离和解离过程的理论研究

4.1 NaI分子飞秒光电离过程的理论研究

4.1.1 NaI分子飞秒时间分辨率的光电离实验简介

4.1.2理论研究模型

4.1.3计算结果及理论分析

4.2探测NaI分子飞秒强激光场条件下的解离过程

4.2.1理论研究模型

4.2.2计算结果及理论分析

4.3本章小结

5 Na2分子飞秒强激光场条件下电离过程的理论研究

5.1理论研究模型

5.2计算结果及理论分析

5.3本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间发表学术论文情况

致 谢

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