基于飞秒激光脉冲的原子内电子动力学研究

摘要

飞秒激光脉冲的泵浦-探测技术通过调节泵浦脉冲和探测脉冲之间的时间延迟实现了飞秒量级的时间分辨测量，是研究超快过程的常用手段。传统的泵浦-探测测量中，探测激光脉冲的强度可以看作对靶物质的微扰，实现对泵浦激光触发体系动力学过程的探测。三阶微扰论已经能够很好地解释相应的物理过程。中等强度激光场是弱场和强场的过渡区域，这里激光脉冲的电场较强而系统的电离/解离仍能被忽略，微扰论已经不再适用于相应物理过程的解释。中等强度激光脉冲与原子分子相互作用的高度非线性给我们认识相关物理过程带来了极大困难。　　目前，对于中等强度激光场中原子、分子的动力学的研究较少。为了更好地理解中等强度激光脉冲与原子相互作用的电子动力学，我们基于三阶微扰论并在跃迁偶极矩中引入修正因子，提出了适用于原子多能级系统的解析模型。这一模型继承了微扰论直观描述物理现象的优点。铷原子基态5s2S1/2和第一个精细结构激发态5p2P1/2,3/2之间的跃迁强度远大于其它跃迁，组成了一个孤立性很好的V型三能级系统，常常被用来提出和检测理论模型。借助于双边费曼图，我们具体构建了适用于中等强度激光场中铷原子吸收谱的解析公式，并用来定量地提取铷原子瞬态吸收光谱中蕴含的价电子动力学信息，进而解释中等强度光场中铷原子的超快过程。实验上，本文利用飞秒激光脉冲并控制泵浦、探测脉冲的强度，在铷原子蒸汽靶中进行瞬态吸收光谱的测量。时间延迟依赖的吸收光谱与解析模型结果相符合，证明了解析模型的有效性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 光谱测量

1.2 光谱中的相位信息

1.3 泵浦-探测测量研究

1.4 本文的研究内容与意义

第二章 实验设备和装置

2.1 飞秒激光器

2.2 泵浦-探测瞬态吸收光谱测量装置

2.3 碱金属铷靶室的制作

第三章 中等强度激光场中瞬态吸收光谱的理论模型

3.1 三阶微扰论

3.2 微扰论的双边费曼图

3.3 铷原子三能级系统吸收谱的理论描述

3.4 中等强度激光场下的光谱响应

第四章 铷原子在中等强度光场下的吸收谱与电子跃迁动力学的量化描述

4.1 实验数据测量与处理

4.2 线性吸收谱

4.3 瞬态吸收谱

4.3.1 瞬态吸收光谱的模型重建

4.3.2 吸收谱的震荡相位与修正因子

4.4.2 周期平均的修正因子

4.4 小结

第五章 脉冲整形

5.1 脉冲整形装置的搭建

5.2 校准曲线的测量

5.3 液晶像素元与波长的校正

5.4 小结

参考文献

6.1 结论

6.2 展望

在学期间的研究成果

在学期间参加学术会议情况

致谢