检索结果-南通市图书馆

作者：苏宁陕西师范大学

学位级别：硕士

强激光场中原子分子的电离和高次谐波辐射是强场物理的热点研究领域之一,近年来吸引了理论和实验的广泛关注。强激光场中原子分子的两大研究热点电离和高次谐波辐射也伴随着现代科技的进步而深入。对强场电离和高次谐波辐射现象的研究... 详细信息

强激光场中原子分子的电离和高次谐波辐射是强场物理的热点研究领域之一,近年来吸引了理论和实验的广泛关注。强激光场中原子分子的两大研究热点电离和高次谐波辐射也伴随着现代科技的进步而深入。对强场电离和高次谐波辐射现象的研究使得人们可以在阿秒的时间尺度内观察电子的运动过程,这为量子理论的发展和完善提供了前所未有的条件。近年来,很大比例的关于高次谐波产生机制以及特性的研究都集中在对于两中心对称分子高次谐波的研究上,例如H2和N2。之前的研究中我们可以发现,H2的高次谐波谱的平台上会出现一个明显的最小,这个显著的最小已经被大量的实验和理论研究过,并且发现这个最小对于分子轨道成像的过程有着较为重要的意义。对于两中心的不对称分子,比如HeH2+,CO,和NO,和两中心对称分子不同的是,这些分子由于对称性被破坏从而出现了奇次谐波和偶次谐波两种成分的高次谐波。研究结果表明奇次谐波和偶次谐波具有不同的特性并且携带不同的信息,在超快测量中有着应用前景。例如,利用奇偶谐波可以探测不对称分子电子动力学、不对称分子轨道成像、探测不对称分子核的动力学以及利用奇偶谐波来校准不对称分子的取向度等等。在本文第三章中,我们以H3和H4为例,用数值和解析两种方法研究了不同核间距、不同取向角下的线性不对称多原子分子的奇偶谐波的特性。目前我们的理论和计算已经可以精确求解简单的单电子系统的含时薛定谔方程(简称为TDSE),我们万分期待与这些简单系统相关的研究将可以进一步阐明从更复杂的不对称多原子分子产生的高次谐波机制。从我们的模拟结果发现,从不对称多原子分子系统产生的奇次谐波和偶次谐波对核间距变化的依赖程度是不同的。具体来说,当多原子分子内相邻两个原子核之间的核间距发生微小变化时,奇次谐波基本不发生变化而偶次谐波会发生很显著的变化。也就是说,多原子分子在强激光场的作用下产生的谐波与双原子分子产生的谐波有着明显的不同,这个不同主要表现在:多原子分子所产生的奇次谐波的平台上最低点的位置并不会像双原子分子那样会随着核间距的变化而改变。多原子分子奇次谐波上的最低点不能够用来探测分子结构和核间距。同时我们也观察到,偶次谐波对核间距的变化是很敏感的。基于上述现象,我们在文章中提出了用奇次谐波和偶次谐波的相对产量来探测多原子分子核间距的方法。

关键词：分子高次谐波分子结构电子动力学奇次谐波偶次谐波

基于改进Gan的Landsat-7图像修复算法研究

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基于改进Gan的Landsat-7图像修复算法研究

作者：刘欢哈尔滨师范大学

学位级别：硕士

Landsat-7号卫星由于扫描线纠正器失效造成扫描图像出现规律性条纹遮挡,这种缺陷严重影响遥感图像在辐射传输计算、数值模式预报等方面的应用.但是该图像对当时的地形、地貌以及气候的研究仍存在一定的价值.因此,对该类卫星图像的修复... 详细信息

Landsat-7号卫星由于扫描线纠正器失效造成扫描图像出现规律性条纹遮挡,这种缺陷严重影响遥感图像在辐射传输计算、数值模式预报等方面的应用.但是该图像对当时的地形、地貌以及气候的研究仍存在一定的价值.因此,对该类卫星图像的修复成为一个值得研究的课题.当下卫星图像修复已经开展了一些研究,但更多是对于局部失真以及小范围的修复,对于此类图像的修复研究仍比较薄弱,并且当前对这类图像的修复主要依赖原图像信息进行修复,这种方法会造成修复的像素与原图像特征相似度较高,并且无法充分利用大量的Landsat-7号图像资源.本文针对以上问题,以生成对抗网络为基础,提出了一种改进的GAN网络模型对此类图像进行修复研究.本文建立了一个Landsat-7号卫星采集的图像数据集.根据此数据集进行图像修复实验,经过比较多种GAN网络模型,最后得到一种图像修复效果较好的Cycle Gan网络.该网络可以充分将历史图像数据用于该类图像的修复,并且能够实现像素缺损边缘细节处的优化处理.为了更好的利用Landsat-7号卫星丰富的可参考图像资源,模型在生成器上利用编码器、转换器、解码器的三重结构,其中在转化器上利用了卷积块的形式充分提取图像特征,使图像信息损失达到最小,实现对像素缺损区域边缘细节处的精确修复,模型经过大量迭代训练表明改进后的Cycle Gan网络模型具有学习快、修复效果好等优势.最后通过PSNR指标以及SSIM指标,与其它网络模型修复效果进行对比评价.实验结果表明,使用本文所提出的方法,能够展现更好的修复效果.

关键词： Landsat-7卫星图像修复生成对抗网络 Cycle Gan网络

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亚像素级角点和边缘检测算法研究

亚像素级角点和边缘检测算法研究

作者：仉玲钰哈尔滨师范大学

学位级别：硕士

在计算机视觉和机器视觉领域,对图像特征的提取都是非常重要的,而角点和边缘点是图像中十分重要的部分,包含了图像极为重要的信息,决定了图像中各目标的形状,检测并提取角点和边缘点信息可以有效减少计算量,提高计算速度.因此,对角点和... 详细信息

在计算机视觉和机器视觉领域,对图像特征的提取都是非常重要的,而角点和边缘点是图像中十分重要的部分,包含了图像极为重要的信息,决定了图像中各目标的形状,检测并提取角点和边缘点信息可以有效减少计算量,提高计算速度.因此,对角点和边缘信息的精确检测在图像匹配与分割、目标识别与跟踪等领域,都具有重要意义.本文对几种传统像素级角点和边缘检测算法进行研究,分析它们的优缺点.在此基础上提出一种亚像素级的角点和边缘检测算法.首先,在对角点检测算法进行研究时,对Moravec角点检测算法、SUSAN角点检测算法、Harris角点检测算法、Shi-Tomasi角点检测算法这四种经典角点检测算法进行了实验对比,以为后期的亚像素精度的角点检测做准备,并最终选取了Shi-Tomasi角点检测算法初步提取兴趣点.在对边缘检测算法进行研究时,对五种经典像素级的边缘检测算子:Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、高斯拉普拉斯算子和canny算子进行了实验对比,并最终选取了 Canny边缘检测算法初步提取兴趣点.其次,大多数角点和边缘算法采用微分的方式导致其抗噪能力较差,为了有效地提高算法的抗噪能力,因此考虑采用积分的方式进行.对于理想的二维L型的角点,考虑一个具有以下四个参数的模型:角顶点坐标、角的方向、角度值以及边缘两侧的亮度值.为了计算出模型的所有参数,使用了六个亮度积分.最后通过对模型的验证,进而能够有效地细化图像中的角点和边缘点.基于此模型并结合经典像素级算法,可以以亚像素精度快速细化图像中角点和边缘点的坐标,并且有效地降低了误检率.积分特性的使用增加了对噪声的抗干扰能力.通过对模型的验证,可以有效地排除一些干扰因素.并且通过实验证实了所提出方法的有效性.

关键词：角点检测边缘检测亚像素级亮度积分细化

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不对称分子奇偶谐波辐射：鉴别机制

不对称分子奇偶谐波辐射：鉴别机制

作者：陈建国陕西师范大学

学位级别：硕士

由于原子与分子的高次谐波的广泛应用,对原子与分子在强激光场中的高次谐波成为原子物理的一个研究热点。对于高次谐波的辐射机制,我们可以采用半经典的三步模型(Corkum模型)来进行描述:第一步,电子在激光场的作用下,发生隧穿电离;第二... 详细信息

由于原子与分子的高次谐波的广泛应用,对原子与分子在强激光场中的高次谐波成为原子物理的一个研究热点。对于高次谐波的辐射机制,我们可以采用半经典的三步模型(Corkum模型)来进行描述:第一步,电子在激光场的作用下,发生隧穿电离;第二步,电子在激光场中加速运动,能量增加;最后,在激光场方向改变时,部分电子返回原子核附近与原子核再结合,从而释放出高能光子。高次谐波的主要应用有以下几点:第一,可以作为XUV和X射线光源。第二,高次谐波辐射能够产生阿秒脉冲,为研究阿秒尺度内电子动力学和分子的结构提供了新的途径。如线性分子最外层电子轨道的重构,对光化学反应中分子键长的追踪,在阿秒尺度内对分子核动力学的探究,在阿秒尺度内对电子再散射轨道的重构,在阿秒尺度内对激发态电子动力学的探究。第三,通过对高次谐波的探究使得强场物理的更进一步。以前在计算不对称分子产生的基态-连续态之间的跃迁偶极子,对于不对称分子的基态波函数我们采用了比较粗糙的近似,得到的结果在大部分情况下与理论相符合,但是一些情况下,得到的结果不是很好,对于这个问题在后面会有详细的讨论。在这篇文章中,首先我们介绍了一些基本的理论知识。如:高次谐波辐射的机制,介绍了含时薛定谔方程以及在数值求解含时薛定谔方程使用的一些基本方法,以及利用变分法求解氢分子离子。根据分子理论,利用变分法,我们得到了不对称分子HeH2+在解析的基态波函数和能量曲线,进而计算和修正了基态-连续态之间的跃迁偶极子。我们把利用变分法得到的与核间距有关的HeH2+的能量曲线与通过数值计算得到的精确的能量曲线进行对比,由两种不同方法得到的能量曲线相互吻合。我们发现,通过变分法得到的HeH2+基态和我们以前使用比较粗糙的波函数有很大的不同,这些差异在我们后面的计算跃迁偶极子中产生较大的影响。在一维的情况下,修正后的偶极子与一维精确的偶极子吻合得更好。在不同的分子参数下(如分子核间距、有效电荷),我们将计算得到的奇偶跃迁偶极子与通过数值求解含时薛定谔方程三维(3D)模型分子HeH2+得到的奇偶高次谐波波谱和极化进行比较。对比得到,修正后的跃迁偶极子中极小值的位置与高次谐波极化更加吻合。当不对称分子高次谐波上的极小值消失时,对谐波的极化测量可以用来作为探测谐波极小值的位置的一个工具。奇偶谐波的偶极子极小值和极化极大值之间的一一对应关系也揭示了来自不对称分子的奇偶谐波的复杂产生机制。

关键词：奇偶高次谐波不对称分子跃迁偶极子变分法

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提取线性分子隧穿过程中的干涉信息

提取线性分子隧穿过程中的干涉信息

作者：高峰陕西师范大学

学位级别：硕士

电子在20世纪的科技革命中发挥了重要的作用。在强激光与物质的相互作用下,电子的再散射会导致许多有趣的物理现象,例如高次谐波产生(HHG),高阶阈上电离(HATI),以及非次序双电离(NSDI)。与HHG和HATI相比,隧穿的物理现象较为丰富,近年来... 详细信息

电子在20世纪的科技革命中发挥了重要的作用。在强激光与物质的相互作用下,电子的再散射会导致许多有趣的物理现象,例如高次谐波产生(HHG),高阶阈上电离(HATI),以及非次序双电离(NSDI)。与HHG和HATI相比,隧穿的物理现象较为丰富,近年来引起了极大的兴趣。特别是当分子的取向被考虑时,会产生一些新的现象。在没有经典效应的量子力学中,隧穿是最令人惊奇和微妙的现象之一。自从量子力学被建立以来,隧穿就一直被研究。然而,在隧穿的过程当中,一个束缚的电子如何穿过一个经典的束缚势垒,仍然是不明确的。最近,基于原子在强激光场中的电离和高次谐波产生的阿秒技术的发展,使得人们可以在实验上对这个问题进行研究探讨,同时将问题的研究推向一个前所未有的高度。与隧穿有关的一些重要且有趣的问题已经得到解决,例如隧道时间、非绝热效应、激发态的隧穿效应、隧穿位置的瞬时动量,以及在势垒下的再碰撞。除了隧穿,量子干涉是微观系统的另一个重要现象。双原子分子具有两个核的特点使其成为研究原子尺度上干涉效应的理想选择。近年来,在理论和实验上已经对两中心干涉(强场隧穿离子化的逆过程)进行了丰富的研究。人们可以推测,当电子穿过激光场和分子或原子库仑势共同形成的联合势时,与分子结构有关的干涉效应也将发挥作用。然而,在实验中,这种与分子结构相关的干涉作用并不容易测量和解决,因为在隧穿的过程中,强度很大的激光外场对分子结构的扭曲非常明显。理论研究表明,隧穿中的干涉可以提高线性极化激光场中分子的整体电离率,但这种干涉诱导的电离率增强在实验中并不明显。如何用实验的方式明确地探测隧穿中的干涉效果,仍然在探究中。近年来,在椭圆偏振场或正交双色场(OTC)领域中,原子的光电子动量谱包含了超快电子动态信息,在阿秒测量中有广泛的应用。我们认为,分子的相关动量谱也能够揭示隧穿中的一些干涉信息。在本文第三章中,我们计算了氢分子离子H2+与激光主场夹角为θ = 0°,θ =45°和θ = 90°的光电子动量分布。与此同时,我们也模拟了三维H2+和N2模型。相对相位差的变化中(最大到φ=300)和激光场的波长(λ = 600nm到λ = 1000nm),以及两个激光场的相对强度值ε(最大取到ε = 1)的相关计算也得到了验证。在以上所有的情况中,我们的模拟仍然可以观察到这种依赖角度的不对称性。最后,我们研究了在正交双色激光场中双原子分子的光电子动量分布。θ =45°时显著的不对称动量分布,被认为是由于隧穿电子通过分子与激光场形成的联合势时的干涉效应造成的。这种干涉可以通过第二个激光场调制,而这种调制依赖于分子取向,从而导致了与取向相关的不对称动量分布。这种与正交双色激光场相关的效应被认为是具有多中心特征的分子的一般特性。它可以作为一种工具,从电子连续态波包中提取分子的结构信息,并探测隧穿电子从线性分子中逃逸出来的动力学问题。

关键词：隧穿正交双色激光场干涉取向不对称

椭圆偏振激光场中原子分子电离及其动力学机理研究

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椭圆偏振激光场中原子分子电离及其动力学机理研究

作者：薛家云陕西师范大学

学位级别：硕士

强激光场作用在原子分子上,会出现一系列传统微扰理论无法解释的高阶非线性现象,如高次谐波辐射和非次序双电离等。隧穿电离是这些激光诱导的高阶强场过程的基础,因此近年来引起了人们的广泛关注。先前人们对于强场超快电离动力学的研... 详细信息

强激光场作用在原子分子上,会出现一系列传统微扰理论无法解释的高阶非线性现象,如高次谐波辐射和非次序双电离等。隧穿电离是这些激光诱导的高阶强场过程的基础,因此近年来引起了人们的广泛关注。先前人们对于强场超快电离动力学的研究主要集中于电离过程的频域特性,对于电离过程的时域信息的关注较少。本论文通过数值求解含时薛定谔方程(TDSE)结合强场近似模型(SFA),详细研究了原子、对称分子和极性分子等在椭圆偏振激光场下时间分辨的电离动力学,深入探讨了这些不同的体系中库仑诱导的电离时间延迟效应。通过发展包含库仑效应的强场模型,构建了可观测量(光电子动量分布偏转角)与电子电离时域信息(库仑诱导的电离时间延迟)之间的映射关系;利用构建的映射关系,分析了激光参数对库仑诱导的电离时间延迟的影响,给出了随着激光强度增大、激光波长增加、系统电离能增加动量分布偏转角减小和库仑诱导的电离时间减小的规律;深入分析了分子的核间距、极性分子的固有偶极子等对光电子动量分布偏转角和库仑诱导电离时间延迟的影响。第一章,主要介绍了强场物理的研究背景、强场物理中的一些基本物理过程,如阈上电离、多光子电离和高次谐波辐射等。第二章,介绍了强场物理领域重要的理论模型以及相关的数值计算方法,包括半经典三步模型、强场近似、利用劈裂算符方法数值求解玻恩-奥本海默近似下的含时薛定谔方程等。第三章,介绍了通过计算含时电离产量分析库仑诱导的电离时间延迟的数值方法,以及通过发展包含库仑效应的强场近似模型得到的可观测量(光电子动量分布)与库仑诱导的电离时间延迟之间的简单映射关系。利用以上数值和解析的研究库仑诱导的电离时间延迟的方法,分析了激光参数(激光强度和激光波长)和原子参数(电离能)对原子体系库仑诱导的电离时间延迟的影响,对数值实验的结果和理论预期的结果进行了系统的比较。进一步通过求解含时薛定谔方程和数值分析,研究了对称分子和极性分子的光电子动量分布的偏转角和库仑诱导的电离时间延迟的关系,分析了核间距和固有偶极子对电离时间延迟的影响。第四章,对全文的研究结果进行了总结,并展望了未来进一步的研究工作。

关键词：强场电离椭偏激光场光电子动量分布电离时间延迟

基于改进生成对抗网络的图像动漫风格迁移研究

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基于改进生成对抗网络的图像动漫风格迁移研究

作者：刘欢哈尔滨师范大学

学位级别：硕士

随着图像处理技术和深度神经网络的不断进步,动漫化技术逐渐成为影像创作中的新形式.将现实场景和人像进行动漫风格化的转换,创造出全新的视觉体验.图像的动漫风格转换在短视频运营、互联网社交、影视制作等多媒体业务上具有广泛的应用... 详细信息

随着图像处理技术和深度神经网络的不断进步,动漫化技术逐渐成为影像创作中的新形式.将现实场景和人像进行动漫风格化的转换,创造出全新的视觉体验.图像的动漫风格转换在短视频运营、互联网社交、影视制作等多媒体业务上具有广泛的应用.风格迁移技术可以将人脸图像进行卡通化处理,得到个性化的动漫风格图像.目前主流的生成对抗网络模型在进行图像风格迁移时,容易引入大量影响观感的缺陷.针对该问题,本文对基于生成对抗网络的图像风格迁移方法在如下几个方面进行改进并设计实验加以验证.首先,以AnimeGANv2网络结构为基础,向生成器和判别器中加入自注意力机制,从而能够更好地捕捉图像中的长程依赖关系,提高图像风格迁移的效果.在图像风格迁移中,自注意力机制能够帮助生成器更好地捕捉图像的全局信息,从而生成更加逼真的图像.在判别器中加入自注意力机制,则可以更好地区分不同风格的图像之间的差异.然后,在生成器中添加一个不含全连接层的辅助分类器,用于学习生成器中间层的特征表示.在图像的动漫风格迁移中,辅助分类器能够帮助生成器更好地学习到不同动漫风格的语义信息,并将其应用于生成的图像中.之后,对生成对抗网络中的归一化层使用不同的归一化方法进行替换并比较,找到网络训练效果最好的归一化方法.通过对实例归一化(Instance Normalization,IN)、层归一化(Layer Normalization,LN)、组归一化(Group Normalization,GN)和自适配归一化(Switchable Normalization,SN)四种归一化方法进行比较实验,可以看到,不同的归一化方法对动漫风格迁移的效果有不同的影响,其中LN能够取得最满意的效果.最后,在模型对比实验中,我们将本文所提出的模型与几个经典的图像风格迁移模型进行对比.在消融实验中,本文逐步移除了自注意力机制、辅助分类器和归一化层替换实验中的各个改进点,并进行了实验对比.实验结果表明,使用改进后的方法进行人像动漫图像风格迁移,可以得到视觉效果显著提升的图像.本文所提出的方法可用于动漫制作、游戏开发等,具有广泛的应用前景.

关键词：生成对抗网络动漫风格迁移归一化自注意力机制辅助分类器

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椭圆偏振激光场中原子分子谐波辐射的研究

椭圆偏振激光场中原子分子谐波辐射的研究

作者：孙丰健陕西师范大学

学位级别：硕士

近些年来,强激光场中各种体系的高次谐波辐射（HHG）研究成为强场物理领域中的一个热点关注,其在强场物理研究中具有重要的意义。得益于计算机性能的飞速提升,多维度体系的计算效率大大提高,极大地缩短了理论研究的周期;同时随着强场实... 详细信息

近些年来,强激光场中各种体系的高次谐波辐射（HHG）研究成为强场物理领域中的一个热点关注,其在强场物理研究中具有重要的意义。得益于计算机性能的飞速提升,多维度体系的计算效率大大提高,极大地缩短了理论研究的周期;同时随着强场实验技术的不断发展,对复杂精细分子的操控以及特定光源的获取也成为了可能,如对称分子的准直和椭圆偏振激光的产生等。研究表明,原子、分子体系在椭圆偏振激光场驱动下的高次谐波,出现了不同于线性偏振激光场驱动时的现象,这些现象引起了大家的广泛关注。本文首先从原子体系出发,研究了椭圆偏振激光场中的高次谐波辐射机制及其特性,进而又探究了对称双原子分子在椭圆偏振激光场中高次谐波辐射的各种性质,并对其中的动力学过程和高次谐波产生机制进行了详细分析。首先,我们对原子体系的谐波辐射进行了研究。基于单电子近似,通过数值求解二维含时薛定谔方程（TDSE）,我们对原子在线偏振激光场中高次谐波的辐射过程进行了模拟。并将该计算推广到椭圆偏振激光场作为驱动光源的情况,对两种光源下原子产生的高次谐波进行了分析对比。结果表明在椭圆偏振激光场中,产生了垂直于主场方向的高次谐波;此外,不同于线偏振激光场中高次谐波的贡献由短轨道占主导地位,对于椭圆偏振激光场中的高次谐波,多次返回的贡献明显增加,通过强场近似（SFA）模型我们对该现象背后的原因进行了解释。其次,我们研究了对称双原子分子的高次谐波辐射机制。我们详细研究了 H2+和N2在线偏振和椭圆偏振激光场中的平行高次谐波和垂直高次谐波,同时对谐波的极化率进行了研究。数值计算结果同样表明,对称双原子分子在椭圆偏振激光场中也产生了垂直的高次谐波。同时,计算结果显示在不同的分子轴取向角下,分子的谐波辐射产量及结构都有所不同。对比不同分子轴取向角下的极化率,随着分子轴取向角的增大,高次谐波极化率的峰值向谐波较高阶次的区域移动。此外,我们的研究结果表明,在平行准直的情况下,相对于同样电离能的模型原子,对称双原子分子的极化率在阈下和近阈部分产生了一个更高、更稳定的平台区域。通过解析的模型分析,我们观察到分子的“两中心干涉”效应在其中发挥着很大的作用。同时,区别于线偏振激光场驱动下的一维运动,电子在椭圆偏振激光场中的二维运动的再碰撞阶段的碰撞角在谐波产生的过程中也至关重要。由于阈下、近阈部分谐波同时具有高强度和高极化率的性质,我们可以使用这一部分谐波合成高极化率高强度的极端超紫外线（EUV）脉冲。上述计算结果将对理解椭圆偏振激光场中原子分子高次谐波的产生提供一定的理论基础,同时对实验中光场调控和超短脉冲的合成具有启发意义。

关键词：椭圆偏振激光场极化率高次谐波强场近似

库仑势对氢分子离子谐波辐射电子轨道影响的研究

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库仑势对氢分子离子谐波辐射电子轨道影响的研究

作者：张发斌陕西师范大学

学位级别：硕士

强激光场与原子分子相互作用时会产生阈上电离和高次谐波辐射等丰富的超快物理现象。由于高次谐波辐射发生在原子空间尺度,高次谐波谱中包含了超快时间尺度内原子分子的动力学和结构信息。通过反演高次谐波辐射谱,人们可以提取原子分子... 详细信息

强激光场与原子分子相互作用时会产生阈上电离和高次谐波辐射等丰富的超快物理现象。由于高次谐波辐射发生在原子空间尺度,高次谐波谱中包含了超快时间尺度内原子分子的动力学和结构信息。通过反演高次谐波辐射谱,人们可以提取原子分子高时间分辨率的结构及动力学信息,相关研究领域被称为高次谐波光谱学。高次谐波光谱学在阿秒物理和化学反应等研究领域具有广泛的应用。已有研究表明,利用高次谐波辐射谱可重构分子最外层电子的轨道、追踪光化学反应中分子键长的变化和探测阿秒时间尺度内电子动力学和物质结构等。科学家们用发展的高次谐波光谱技术测量了发生再散射事件的电子离开势垒的时间(电离时间)以及其返回到母核的时间(返回时间或再结合时间),实现了对再散射电子运动的实时监测。上述对时间信息的超快测量不是直接实现的。实践中,人们先通过构建理论模型,得到特定时间和观测量之间的映射关系,然后再根据实验测量的观测量(比如谐波辐射谱)的值,来反演系统的动力学信息,因此理论模型在超快测量中具有重要的意义。目前强场物理中常用的描述高次谐波辐射的理论模型包括半经典的三步模型和量子的强场近似模型。基于这些模型的电子轨道理论定量揭示了电子的出垒时间和返回时间与谐波能量之间的映射关系,人们期望将其应用于超快测量实验。然而这些常用的理论模型并没有考虑库仑效应,已有研究表明库仑势会导致电子的电离时间延迟(大约100阿秒),该延迟对谐波辐射的电子轨道具有重要影响,因此在超快测量中需要考虑库仑修正的电子轨道理论。先前对库仑修正的电子轨道的研究主要集中在原子。对于分子,其具有核间距;在外场中,还具有取向效应,即分子轴会与激光极化方向存在夹角。分子的核间距和取向效应对电子轨道的影响相关研究较少。本文以具有相同的电离能但是不同核间距和不同取向的模型H分子为例,通过数值和解析方法研究库仑势对分子高次谐波辐射的电子轨道的影响。首先通过谱方法求解含时薛定谔方程(TDSE)得到系统的平均加速度,进而通过傅里叶变换得到谐波辐射谱,然后通过小波分析方法提取某能量谐波对应的电子返回时间。将TDSE返回时间和不包含库仑势的强场近似模型(SFA)以及包含库仑势的强场近似模型(MSFA)预言的返回时间进行比较,分析不同核间距和不同取向的分子其库仑势对电子轨道的返回时间的影响。分析表明,对于平行取向(分子轴与激光极化平行),不同核间距下的TDSE返回时间和SFA结果具有显著差别,核间距越大,TDSE返回时间比SFA预言越提前。而MSFA结果与TDSE结果符合得较好,特别是在较高的能量区域。对于某一核间距,不同取向下的TDSE结果也显示了区别,而不同取向下的MSFA结果非常接近。进一步的分析表明不同取向下TDSE结果的区别源于谐波辐射过程中的双中心干涉效应,该效应导致谐波谱呈现明显被抑制的区域,进而影响了对返回时间的提取。MSFA结果中不包含干涉效应,且对于干涉效应影响较小的取向下的结果(例如平行取向和垂直取向),MSFA结果和TDSE结果符合得也较好,因此预期分子的取向效应对返回时间影响较小。我们进一步通过MSFA模型分析了电子的出垒时间(这里也称作电离时间),该时间目前无法通过数值方法从TDSE结果中直接提取。分析表明,相较于返回时间,核间距对电离时间的影响更加显著,核间距越大,MSFA电离时间相较于SFA电离时间提前越多。电离时间提前导致短的电子轨道对应的谐波幅显著增加(每个激光周期内有两个电子轨道贡献到谐波辐射,其中一个电离时间较晚而返回时间较早,称为短轨道;而另一个电离时间较早而返回时间较晚,称为长轨道);该效应对长轨道谐波幅的影响较小。与返回时间类似,取向效应对不同核间距分子的电离时间的影响也较小。上述结果可通过不同核间距和不同取向下分子的库仑尾(隧穿出点以外的库仑势)来理解。保持电离能不变情况下,核间距越大,有效电荷越大,库仑尾越强,因而库仑势对电子轨道的影响越显著。而针对某一核间距的分子,不同取向下库仑尾相似,因此取向效应对电子轨道影响较小。本文还深入分析了激光参数对分子谐波辐射过程中库仑效应的影响。本文的研究,为发展更精确的包含库仑效应的分子谐波辐射电子轨道理论提供了理论参考,为基于谐波辐射的分子结构和电子动力学的超快探测提供了建议。

关键词：高次谐波电子轨道库仑效应电子动力学

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线性分子在强激光场中的取向依赖动力学研究

线性分子在强激光场中的取向依赖动力学研究

作者：任殿相陕西师范大学

学位级别：硕士

当强激光场作用于原子分子体系时,由于激光场较强,电子受到激光场的作用可以与原子核对它的库伦作用相比拟,激光场的作用使原子分子的势能发生弯曲,电子有很大的几率从原子分子体系的势垒中遂穿出来。在此过程中伴随着很多有趣的物理现... 详细信息

当强激光场作用于原子分子体系时,由于激光场较强,电子受到激光场的作用可以与原子核对它的库伦作用相比拟,激光场的作用使原子分子的势能发生弯曲,电子有很大的几率从原子分子体系的势垒中遂穿出来。在此过程中伴随着很多有趣的物理现象发生,例如:高次谐波辐射（HHG）、高阶阈上电离（HATI）、非次序双电离（NSDI）等等[1]。本文主要通过数值地求解含时薛定谔方程,结合强场近似理论模型的分析,研究了分子中电子的电离过程和高次谐波产生过程与分子取向的依赖关系。在第三章中,我们在不同分子取向和激光参数下数值地计算了椭圆极化场中线性分子H2+的光电子动量谱。结合强场近似理论模型分析发现,分子特有的双中心干涉对光电子动量谱有非常重要的影响,具体体现在光电子动量谱的相对强度以及半高宽。通过库伦修正的强场近似模型分析发现,原子核对自由电子的库伦作用会使光电子动量谱发生偏转。同时,为更加系统地研究分子中电子电离与分子取向的依赖关系,我们数值地计算了极性分子在不同取向下的光电子动量谱。通过研究发现,与取向相关的极性分子固有偶极矩导致了电子在不同时刻的不对称电离。基于以上对光电子动量谱的研究,我们为实验上有效提取分子的取向信息提供了方案。在第四章中,我们数值地计算了正交双色极化场中线性分子H2+在不同分子取向以及激光场相位下的谐波谱。通过对相位的调控,我们实现了谐波辐射过程中对长、短轨道的控制。通过进一步地研究不同取向下H2+的谐波谱我们发现,与取向相关的双中心干涉效应对量子轨道有增强或抑制的作用,并且这种干涉效应在谐波谱中有明显的体现。基于以上的结论,我们提出了在正交双色极化场中当线性分子取向为45°时实现在单个周期内产生孤立阿秒脉冲的方案,为实验上研究阿秒脉冲提供了方案。

关键词：隧穿椭圆极化激光场干涉取向光电子动量谱