强激光场中原子双电离的关联电子动量分布及标度定律相关研究

作     者：董善思 

作者单位：上海师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张敬涛

授予年度：2016年

学科分类：07[理学] 070203[理学-原子与分子物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：强场双电离 非序双电离 标度定律 电子关联 直接碰撞电离 碰撞激发电离 周期量级激光脉冲 多次碰撞 

摘      要：电子关联是微观世界中的一种普遍现象,它对化学反应中化学键的形成、超导现象、固体的性质都有重要的影响,也是阿秒物理的重要研究内容。强激光场中原子的非序双电离过程提供了一种简单的电子关联模型,为研究电子关联提供了一条简单直接的有效途径,成为强激光物理研究的前沿热点之一。本文采用经典的蒙特卡罗方法,对强激光场中惰性气体原子的双电离过程开展了深入研究,确立了双电离现象满足的标度定律,并借助周期量级超短激光检验了双电离的多次碰撞机制。本论文的主要内容如下:(1)将单电离过程满足的标度定律推广至双电离过程,首次提出了非序双电离过程满足的标度定律:第二电离能为2E的原子受到激光频率为?,激光强度为I的脉冲照射时非序双电离产生的关联电子动量分布,与第二电离能为2k E的原子受到激光频率为k?,激光强度为Ik3的脉冲照射时非序双电离产生的关联电子的动量分布的主要特征一致。借助关联电子的动量分布,首先验证了激光强度随标度系数的三次方依赖关系,其次确定标度系数k为原子第二电离能之比,最后验证了标度定律也适用于Ar、Ne、He、Mg等多种原子。(2)根据直接碰撞电离过程产生的关联电子的动量分布,验证了标度变换下电子关联的不变性。由于直接碰撞电离过程中两个电子电离的时间间隔很短,两个电子从激光场中获得的迁移动量基本相同,因此电子关联明显体现在直接碰撞电离电子的关联动量分布中。由标度定律可知,为了得到等价的电子关联效应,应该选取有质动力参数相等的激光场,并将激光场的频率按两目标原子第二电离能之比进行线性放大。我们通过对比直接碰撞电离的关联电子的动量分布,验证了标度变换下电子关联的不变性,为研究非序双电离过程中电子关联效应的研究提供了一种简单的方法。(3)借助特殊调制的周期量级激光脉冲,对Ar原子双电离过程进行深入研究,检验了多次碰撞对关联电子动量分布的影响。我们采用梯形脉冲包络的线偏振激光脉冲,发现关联电子的动量分布随激光脉冲中周期数变化:对于少周期激光脉冲,电子主要分布在一三象限;随着激光脉冲的周期数增加,二四象限分布逐渐增加。这是由于碰撞激发电离过程逐步增多导致的。通过增加3周期激光脉冲的峰值强度,我们发现关联电子分布从反关联为主转换到正关联为主。这说明电子与母核的多次碰撞不存在的情况下,关联电子的动量分布也会产生从反关联到正关联的转换。