强激光场下原子分子超快磁场产生的理论研究

作     者：杨志杰 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭静

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070203[理学-原子与分子物理] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：强激光场 相干共振激发 直接单光子电离 电子电流 超快磁场 深度学习 

摘      要：近几十年来,随着超强和超短激光脉冲的发展,激光技术已成为国际技术竞争的主要前沿之一。强场物理也已成为近年来的热门话题。人们利用激光与物质相互作用,进而在原子分子的自然阿秒时间尺度和亚纳米空间尺度研究电子动力学。最近,一些理论研究表明,阿秒脉冲能够有效地诱导原子分子中的超快磁场。这种光诱导的磁场为分子和分子磁学的许多研究提供了可能。本文系统地研究了He离子、双原子分子H和N、三原子分子H的超快磁场的产生过程,具体研究内容概括如下:(1)通过数值求解原子He、分子H和N的薛定谔方程,探究圆偏振激光场下原子分子体系的电子电流和超快磁场的产生。结果表明,超快磁场在阿秒时间尺度上呈现周期性振荡,这是由于光与物质相互作用导致原子内部产生了随时间周期性振荡的电子电流。电子电流的产生与原子分子中的光电离过程有关。在共振激发机制下,随时间周期性振荡的电子电流主要取决于基态与激发态的相干叠加态。而在直接电离机制下,不存在电子态之间的相干叠加,因此电子电流主要是由连续态的自由电子所决定。此外,不同体系的分子轨道性质也是控制电子电流和磁场产生的关键之一。(2)通过数值求解三原子分子H的二维含时薛定谔方程,探究了圆偏振激光场下H分子在不同光电离过程中的电子动力学:电子密度分布、电子电流及超快磁场的产生。结果表明,相干共振激发机制下产生的电子电流和磁场强度比直接电离的结果高一个数量级,并存在相位和振荡频率上的差异。我们采用态叠加原理和电子密度分布时空演化图像对上述现象做出了解释。此外,我们尝试采用深度学习的方法设计了一个四层全连接神经网络来训练和学习电子电流与超快磁场之间的映射关系,利用这种由电子电流来直接预测其所产生的超快磁场的方法,降低了数值求解超快磁场时的高计算成本。