强场下SH基的共振增强多光子电离的含时理论研究

摘要

分子反应动力学是从原子、分子层次出发研究化学反应微观动态和机理的科学，它的研究不仅可以阐明分子反应过程中各种瞬态物质的结构、性质和作用，还能通过对态-态反应动力学，以及对分子相干态之间作用的深入研究来阐明化学反应的内在规律。波包动力学是物理化学的重要分支，其理论框架在分子物理及场与物质相互作用方面都有很多应用。含时波包方法是研究分子在强激光场中激发和电离动力学的一种有效方法，该方法具有许多优点，除了数值计算上的高效率外，还为动力学提供了物理意义明确而直观的图像，它既具有经典的直观，又不乏量子力学的准确。另外，含时量子波包法尤其适用于研究体系随时间演化的问题。 目前对强场下分子的光电离动力学行为的理论研究主要集中在一些小分子上。对小分子的动力学理论处理中，一维两态问题是最简单的情况。对强场下小分子多光子电离的处理不仅对处理大分子的强场效应有借鉴作用，对理解和实施原子与分子过程的激光操控也具有重要的理论和实践意义。 自从P.Johnson等首先把多光子电离技术应用于分子体系，实现了分子的共振增强多光子电离(REMPI，Resonance Enhanced Multiphoton Ionization)，多光子电离技术就成为研究电子激发态包括无荧光辐射态的有效工具。分子的共振增强多光子电离光电子能谱可以提供与中间激发态特征有关的信息。其最大的优点就是任何能够被激光电离的电子激发态都可以利用它进行研究。 共振增强多光子电离光电子能谱技术是研究小分子激发态的有效手段。本论文利用量子力学含时波包传播中的分裂算符一傅立叶变换方法研究SH基的(2+1)多光子电离的光电子能谱。主要进行了以下几个方面的工作： (1)介绍与本工作有关的波包动力学基础理论。首先给出波包的基本概念以及在动力学中的应用，继而以双原子分子为例展示了如何求解体系对应特定哈密顿量的含时薛定谔方程，提供了从求解耦合薛定谔方程得到波包动力学信息的数值工具。 (2)介绍激发态分子光电离动力学的基本理论。首先总结了用共振增强多光子电离技术研究分子激发态光电离动力学的工作。然后在理论背景部分介绍了处理跃迁偶极矩的基本方法，这种处理光电离过程的方法是理解激发态光电离的基础。最后作为贯穿本文工作的主要研究对象，介绍了多光子电离含时光电谱(MPI-TRPES)技术及其特点、及与多光子电离光谱的不同以及在分子动力学中的应用也予以了讨论。 (3)利用波包传播中的劈裂算符-傅立叶变换方法演化波包，计算得到了不同泵浦-探测延迟时间下SH基的(2+1)多光子电离的光电子能谱。计算结果表明，泵浦-探测延迟时间及激光强度等均会对光电子能谱产生影响，通过改变激光参数可以改变光电子能谱的强度，以及光电子能谱峰的个数和峰位。 论文共分为四章。 第一章为综述，主要从总体上介绍了分子反应动力学及含时波包法的发展； 第二章介绍了波包动力学的主要理论； 第三章介绍了共振增强多光子电离技术以及光电子能谱概念； 第四章中，我们给出了SH基的(2+1)多光子电离的光电子能谱，利用含时波包传播中的劈裂算符-傅立叶变换方法模拟得到了不同探测-延迟时间下和不同激光强度的光电子能谱并进行了简要的总结。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章综述

1.1分子反应动力学简介

1.2纳秒激光在分子反应动力学中的应用

1.3化学分子基

1.4波包动力学发展

第二章多光子电离技术和光电子能谱概述

2.1强激光场中原子、分子电离基本原理

2.2共振增强多光子电离光电子能谱

第三章 含时波包法的基本理论

3.1基本概念

3.1.1波恩-奥本海默近似(Born-Oppenheimer approximation)

3.1.2格点表象和有限基表象

3.1.3离散变量表示(DVR)方案

3.1.4相关理论

3.2含时波包的传播方法——分裂算符方法

3.3对电离连续态的处理

3.4光电子能谱的给出

第四章强场下SH基的共振增强多光子电离的含时理论研究

4.1引言

4.2理论

4.2.1哈密顿量

4.2.2含时薛定谔方程的解

4.3结果和讨论：

4.4结论

第五章结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢