隧穿電離是原子和分子強(qiáng)場(chǎng)電離的第一步,作為強(qiáng)場(chǎng)電離中最基本、最普遍的量子現(xiàn)象之一,一直是超快光物理基礎(chǔ)研究領(lǐng)域中非常重要且備受關(guān)注的一個(gè)課題。少周期超短超強(qiáng)激光技術(shù)的發(fā)展與成熟,為在亞光周期時(shí)間尺度上深入理解強(qiáng)場(chǎng)物理過程提供了有力的工具。基于阿秒條紋譜技術(shù)而發(fā)展的阿秒鐘(attoclock)技術(shù),其時(shí)域測(cè)量精度可達(dá)幾阿秒,為研究電子在強(qiáng)場(chǎng)隧穿電離過程中發(fā)生的超快動(dòng)力學(xué)行為提供了很好的手段。本文我們圍繞光電子動(dòng)量譜的偏轉(zhuǎn)角展開對(duì)強(qiáng)場(chǎng)隧穿電離中電子超快動(dòng)力學(xué)過程的研究。主要分析了少周期超短激光脈沖載波包絡(luò)相位和隧穿電離中的非絕熱效應(yīng)這兩種因素對(duì)光電子動(dòng)量的偏轉(zhuǎn)角產(chǎn)生的影響。我們研究近圓偏振的少周期飛秒激光脈沖與惰性原子的相互作用,使用經(jīng)典軌跡蒙特卡洛模擬法,發(fā)現(xiàn)當(dāng)激光脈沖的載波包絡(luò)相位為π/2時(shí),偏振面內(nèi)的光電子動(dòng)量譜中概率峰值處的偏轉(zhuǎn)角達(dá)到最大。當(dāng)其他激光參數(shù)保持不變時(shí),不同脈寬的脈沖與同一原子相互作用,這個(gè)最大偏轉(zhuǎn)角不同。改變激光脈沖的載波包絡(luò)相位,得到少周期超短激光脈沖載波包絡(luò)相位與偏振面內(nèi)的光電子動(dòng)量譜中概率峰值處的偏轉(zhuǎn)角之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由此我們提出了一種測(cè)量少周期超短激光脈沖載波包絡(luò)相位的創(chuàng)新性的方法與相應(yīng)的裝置,該測(cè)量方法比傳統(tǒng)的stereo-ATI法在裝置上具有簡潔性。當(dāng)電子在隧穿電離時(shí)具有非絕熱效應(yīng)時(shí),光電子動(dòng)量譜的偏轉(zhuǎn)角也會(huì)發(fā)生變化。我們研究了氖原子的2p軌道的兩種環(huán)流態(tài)電子與近圓偏振的少周期飛秒激光脈沖相互作用后的光電子動(dòng)量譜特征,發(fā)現(xiàn)與激光場(chǎng)旋向相反的環(huán)流態(tài)電子非絕熱效應(yīng)更顯著,其具有電離率越高、隧穿位置更近和電離時(shí)間越早等特征。并且以激光電場(chǎng)峰值處環(huán)流態(tài)電子波包的空間概率密度的瞬時(shí)快照為視角,進(jìn)一步研究了激光頻率對(duì)環(huán)流態(tài)電子在隧穿電離過程中非絕熱效應(yīng)的影響,發(fā)現(xiàn)激光頻率越高,非絕熱效應(yīng)越強(qiáng)。本文的工作對(duì)于具有非絕熱隧穿效應(yīng)的阿秒鐘實(shí)驗(yàn)中光電子動(dòng)量譜的角度分布的準(zhǔn)確解釋提供了參考。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN24;O56
【部分圖文】：

1as=10-18s）時(shí)間尺度上的強(qiáng)場(chǎng)電離現(xiàn)象。場(chǎng)電離理論的奠基者，是 Keldysh 教授。1964 年 11 月，他出版了一磁場(chǎng)中的電離”的論文，1965 年 5 月又出版了英文[13]譯本，這一論文子相互作用的整個(gè)領(lǐng)域以及之后強(qiáng)場(chǎng)電離中的許多實(shí)驗(yàn)奠定了理論h 定義了一個(gè)絕熱參數(shù) γ 來定性地討論原子在激光場(chǎng)下的電離過程。pmax2=IwE 中，Ip為原子的電離能，Emax為峰值電場(chǎng)強(qiáng)度，w 為激光的角頻率。值，可以大致區(qū)分出多光子電離、隧穿電離和過勢(shì)壘電離這三種電離 60 年代，激光剛剛被發(fā)明出來，由于當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室可產(chǎn)生的激光強(qiáng)度h 論文中分析的隧穿電離及越壘電離還尚未被觀測(cè)到。正因如此，Ke潔的強(qiáng)場(chǎng)電離的基本圖像對(duì)后來的研究者們具有偉大的指導(dǎo)意義。

然而，由于時(shí)間不是一個(gè)量子算符，隧穿時(shí)間的概念并沒義，到目前為止，人們已經(jīng)做了很多工作來定義隧穿時(shí)間，但仍缺論，爭論的核心問題是，量子粒子穿過有限勢(shì)壘時(shí)是否有著可測(cè)量于隧穿時(shí)間的爭論[22-25]一直持續(xù)著，但隨著超短超強(qiáng)激光和阿秒測(cè)展[26]，使得物理學(xué)家們可以在實(shí)驗(yàn)中獲得阿秒尺度的超短時(shí)間分辨中定義的隧穿時(shí)間就在這個(gè)時(shí)間尺度上，很多精確測(cè)量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證給出隧穿時(shí)間更清晰的力證。秒鐘（attoclock）實(shí)驗(yàn)技術(shù)[27]利用近圓偏振的少周期紅外脈沖與原自參考功能的單脈沖同時(shí)提供電離輻射場(chǎng)和條紋場(chǎng)，近圓偏振激場(chǎng)決定了時(shí)鐘端面。測(cè)量到的電子動(dòng)量矢量就像時(shí)鐘的指針，記錄中從隧道中出射的時(shí)間信息。光電子動(dòng)量分布中的偏移角與電子通電離時(shí)刻相聯(lián)系，從而探測(cè)出原子中的電子與強(qiáng)激光場(chǎng)相互作用發(fā)阿秒動(dòng)力學(xué)過程。

對(duì)阿秒鐘實(shí)驗(yàn)中時(shí)間零點(diǎn)的標(biāo)定產(chǎn)生一定的影響。以線偏振超短激光脈沖為例，用下面的式子描述脈沖電場(chǎng)E (t ) f (t )cos( wt )(1中， f (t )為激光脈沖包絡(luò)，w 為載波頻率，φ 為激光的載波與包絡(luò)之間的相位波包絡(luò)相位（carrier envelope phase，CEP）即被定義為脈沖電場(chǎng)的載波峰值包絡(luò)峰值的相位。在脈沖寬度短到周期量級(jí)時(shí)載波包絡(luò)相位的變化會(huì)使超短沖的電場(chǎng)形式發(fā)生顯著的改變。這個(gè)相位為 0和π時(shí)，如圖2中a和 c兩圖所于這兩種情況，電場(chǎng)振蕩的最大值與脈沖包絡(luò)的峰值重合，激光電場(chǎng)的最大指向電場(chǎng)的正方向和負(fù)方向，激光電場(chǎng)沿著正負(fù)兩個(gè)方向的分量不對(duì)稱。然波包絡(luò)相位不是這兩個(gè)值而是其他值時(shí)，由于包絡(luò)的影響，載波的峰值與包值不再重合。特殊地，當(dāng)這個(gè)相位為 π/2 時(shí)，如圖 3 中 b 圖所示，激光電場(chǎng)分量會(huì)是對(duì)稱的分布。
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