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52500字论文范文强场双电离的相对论电动力学

论文类型:论文范文
论文字数:52500字
论点:电离,次序,电子
论文概述:

本文为电子论文,主要论述强激光场驱动的双电离机制,强场双电离微观动力学过程的实验研究及理论模型,强场非次序双电离关联电子微观动力学过程研究。

论文正文:

介绍

 原子分子在光场中的电离是量子力学中的一个基本过程。自从光电效应发现以来,特别是激光技术出现以后,原子分子的电离受到非常广泛的关注。激光场中原子分子电离的研究,对量子力学的完善与发展起了极大的推动作用。最近几十年来,强激光场驱动的多电子体系的双电离及多电离过程受到越来越多的关注。实验发现强激光场中的双电离及多电离体现了强烈的电子关联作用,而电子关联是自然界中最普遍的一种现象,是诸多过程(如化学反应、超导现象)的本质原因。对强激光场驱动的双电离及多电离的研究为人们研究电子关联这一普遍现象提供了一条有效途径。 1.1原子分子在激光场中的电离机制光与物质作用时,在一定的条件下光场的能量能够传递给物质,导致其中的束缚态电子跃迀到自由态。这个过程最著名的例子就是众所周知的光电效应实验“]。爱因斯坦提出了光子假设^,成功地解释了光电效应实验。在爱因斯坦的光子假设理论中,电离的光电子能量与光子能量满足简单的关系:...... 1.2强激光场驱动的双电离机制与单电离情况相似,激光场中的双电离也可以是单光子双电离,多光子双电离,遂穿双电离以及越全双电离。在单光子双电离中,吸收的一个光子的能量被两个电子分享,使得两个电子同时电离;对于多光子双电离,第一个电子吸收一个或多个光子电离,然后第二个电子吸收一个或更多个光子电离,或者两个电子同时吸收两个或多个光子电离;对于遂穿和越垄双电离,两个电子都通过遂穿效应或直接越过原子势垒而电离。实验上第一次观测到多光子双电离是在激光与碱金属原子作用的实验因为碱金属的第一、第二电离能都很低,所以比较容易在实验上观测到。随后,人们利用Nd:TAG激光在稀有气体Kr上也观测到了双电离_。当时,理论上计算激光场中多电子体系的多重电离率都是基于单活跃电子(single-active-electron, SAE)近似在单活跃电子近似中,电离过程只由最外面的参与电离的那个电子决定,而其他的电子都被“冻结”。....... 2强场双电离微观动力学过程的实验研究及理论模型 如前所述,强激光场驱动的双电离过程分为次序双电离和非次序双电离。在次序双电离中,通常认为两个电子独立地、一个接一个地电离,每一电离过程都可以用单活跃电子近似处理。对于非次序双电离,其电离过程可以由再碰撞模型来描述:第一个电子通过遂穿效应电离之后,在激光场的作用下加速,并以一定的概率返回到母离子与其发生非弹性碰撞,从而导致第二个电子电离。再碰撞模型能够很好地解释非次序双电离的诸多现象,例如双电离产率随激光强度变化曲线的膝盖状结构双电离的离子沿激光偏振方向的动量谱中的双峰结构,以及双电离电子对末动量谱中的关联现象等。但是,非次序双电离的一些细节问题,例如,碰撞过程中电子间是如何交换能量,碰撞后电子何时电离,以及碰撞过程中及碰撞后三体库伦作用的细节等微观动力学过程,仍然有待深入研究的。随着激光技术以及探测技术的进步,特别是 cold target recoil ion momentum spectroscopy(COLTRIM)的应用,使得人们能够深入研究非次序双电离的微观动力学过程。章节2. 1. 1将介绍在非次序双电离微观动力学过程的研究中几个具有代表性的实验。对于次序双电离,人们普遍认为独立电子近似模型能够很好地解释。但是,最近基于COLTRIM的实验却发现了许多与独立电子近似模型相悖的现象,章节2. 1. 2将介绍这方面的实验研究。2.1强场双电离的实验研究 2.1.1强场非次序双电离微观动力学的实验研究最早提出的再碰撞非次序双电离模型也被叫做simple-man模型。根据simple-man模型,第一个电子电离后只受到激光电场力的作用。...... 2.2强场双电离的理论模型对于强场非次序电离和次序电离,量子力学的微扰理论已不再适用,需要非微扰理论来处理。山子电子间的强烈的关联作用,强场非次序双电离的理论描述十分复杂。目前广泛应用的描述非次序双电离的理论模型有:数值求解含时薛定愕方程、基于强场近似的S-矩阵模型、半经典模型以及经典模型等。而对于次序双屯离,由于以前普遍认为屯子叫不存在关联作⑴,因此其理论模型比较简单,可以用基于独立电子近似的遂穿理论描述。下面将介绍这些常用的理论模型。山于经典模型能够非常直观地给出双电离的整个过程,本文的大部分工作都是借助经典模型完成。....... 3强场非次序双电离关联电子微观动力学过程研究3.1研究背景...........(28) 3.2低激光强度下的非次序双电离微观过程...........(31)3.3高激光强度下的非次序双电离微观过程...........(42)3.4电子间的长程库伦势对末态关联动量的影响...........(49)3.5本章小结...........(57)4非次序双电离关联电子动力学过程的控制4.1研究背景...........(59)4.2平行偏振双色场对非次序双电离的控制...........(59)4.3正交双色场对非次序双电离的控制...........(65)4.4正交双色场在分子钟实验中的应用...........(72)4.5本章小结...........(79) 6强激光场驱动的非次序三电离研究 6.1研究背景前面已经介绍,人们在研究双电离的时候,发现双电离的电离产率与激光强度的关系曲线呈现膝盖状的结构。此膝盖状结构对应的双电离过程为非次序双电离。人们在研究三电离及多重电离的时候,发生电离产率与激光强度关系的曲线上同样有一个膝盖状的结构。后来的研究发现在此膝盖状结构对应的激光强度下,三电离及多重电离等与双电离有许多共同点,例如,电离得到的离子动量谱同样有双峰结构。与双电离相似,三电离中膝盖状结构区域对应的电离过程被叫做非次序三电离。理论和实验研究都证实非次序三电离同样通过再碰撞过程发生。与非次序双电离相比,非次序三电离的过程更加复杂,因为它包含了三个电子的碰撞。并且,当激光强度变化时非次序三电离的碰撞过程也变化_。例如,在激光强度较低时,非次序三电离通过一个完全的非次序过程发生。在这种过程中,第一个电子通过遂穿效应电离,然后返回到核,将第二、第三个电子碰撞掉[(0-3)过程]。当激光强度升高时,第一个和第二个电子都可以通过遂穿效应电离,而第三个电子通过第二个电子的再碰撞而电离。这个过程叫做混合的次序/非次序三电离[(0-1-3)过程]。...... 7总结与展望 7.1总结强激光场驱动的原子分子双电离是强场物理中的一个基本过程之一。强场双电离包含了两个电子与激光场及两电子之间的作用过程,是自然界一种最简单的多电子作用过程。强场双电离主要通过两种不同的机制发生:次序双电离和非次序双电离。对于非次序双电离,目前的研究主要集中在揭示再碰撞中关联电子的超快微观动力学过程以及控制非次序双电离的关联电子动力学过程;对于次序双电离,近期的实验发现了许多用以前的理论不能解释的新现象,使得次序双电离研究成为强场物理领域的热点课题。本文的工作主要集中在揭示强场双电离(包括次序双电离和非次序双电离)的多电子微观动力学过程以及对其进行控制,研究内容和创新点包括:(1)研究了激光强度低于碰撞激发电离阈值时非次序双电离的电离机制。发现在这种极低的激光强度下,第一个电子与母离子碰撞后形成一个双激发态。随后,处于双激发态的两个电子在电场的作用下一个接一个地电离。取决于两个电子的电离时间差,两电子沿激光偏振方向的末动量出现正关联现象或反关联现象,从而成功地解释了实验观察到的低激光强度下非次序双电离电子对末态动量分布中反关联占主导的现象。本文发现了低激光强度下非次序双电离的一种新的微观机制:laser-assistednuclear boomerang。在这种电离机制中,激光电场及原子核的库伦作用对电子的电罔都起了非常重要的作用,它们的共同作用使得电子获大于2Up的末态能量,从而成功地解释了实验观察到的非次序双电离电子能量谱中的高能截止区。同时,本文预言了通过laser-assisted nuclear boomerang过程电离的电子具有非常宽的横向动量分布,可以作为在实验上验证此过程存在的一种重要依据。..........参考文献(略)