动态Stark效应诱导的氢原子涡旋动量谱扭曲的数值研究

作     者：孔雪莲 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张贵忠

授予年度：2019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：原子光电离 强场近似 氢原子 超短脉冲 数值模拟 

摘      要：光与物质互作用的相关研究一直是物理界广泛关注的课题之一,这方面的系统研究最早可追溯到光电效应的发现。20世纪60年代激光的发明,将光与物质互作用的研究带入了一个全新的时代。随着激光技术的不断发展,激光的强度不断提高,已经远远超过能将原子分子等直接电离的电场强度;激光脉冲宽度持续缩短,实现了从纳秒、皮秒到飞秒再到阿秒的飞跃发展。在这种超短超强激光作用下,原子或分子会通过吸收光子能量而被电离或解离。可以通过对所产生的光电子动量谱或能量谱进行分析,对相关强场物理过程进行研究。数值模拟和实验研究表明,在具有一定时间延迟的（椭）圆偏振激光脉冲作用下,原子或分子中的光电子动量谱会呈现涡旋或螺旋结构,但是目前对该现象的研究主要集中在惰性气体原子上。在此基础上,我们采用强场近似方法,对处于具有一定时间延迟的双圆偏振激光脉冲作用下的氢原子的光电子动量分布进行了数值模拟研究,发现当两脉冲反向偏振时,会在激光偏振平面上产生涡旋状的动量分布,涡旋臂数目与激光脉冲载波频率有关;当两脉冲同向偏振时,无论两脉冲载波频率是否相同,都不会有动量涡旋产生。我们将光电子动量涡旋的产生归结为光电子波包之间干涉的结果。此外,我们还讨论了激光脉冲宽度、激光强度、脉冲延迟时间等参数对氢原子动量涡旋的影响。动态Stark效应是一种典型的强场物理现象,存在于几乎所有的强场过程中。已有研究表明,动态Stark效应会引起原子基态能级的移动。为了定性分析动态Stark效应对氢原子电离过程的影响,我们将动态Stark效应引起的氢原子基态能级的上移等效为电离势的降低,并通过引入一个附加Stark相位将动态Stark效应与电离过程结合起来。研究发现,若在电离发生的同时将动态Stark效应考虑在内,所产生的光电子动量涡旋会发生扭曲,并且随着动态Stark效应的增强,涡旋扭曲逐渐加剧。从涡旋臂峰值强度、极角、作用相位变化的角度具体分析了动态Stark效应诱导的氢原子动量涡旋的扭曲现象。最后对鞍点近似方法以及与量子轨道对应的Feynman路径积分方法在光电子动量分布中的应用和计算结果进行了简单归纳介绍,并期望未来能够利用该类方法来深入研究双圆偏振激光场中光电子动量涡旋形成的物理机制。