本文選題：強(qiáng)激光場(chǎng) + 高次諧波產(chǎn)生　； 參考：《吉林大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：強(qiáng)激光與原子分子的相互作用是物理科學(xué)研究領(lǐng)域的長(zhǎng)期備受關(guān)注的重點(diǎn)和前沿。這方面的最新研究成果使得人們對(duì)物質(zhì)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)的探測(cè)以及物理過(guò)程的控制在時(shí)間尺度達(dá)到阿秒量級(jí),在空間尺度上能夠達(dá)到埃量級(jí)。這一進(jìn)步具有重大的科學(xué)價(jià)值。隨著激光脈沖寬度變得越來(lái)越短達(dá)到只有幾個(gè)光學(xué)周期,以及其強(qiáng)度可比擬原子內(nèi)部的庫(kù)侖力,原子和分子在激光作用下,會(huì)發(fā)生許多非線性的物理現(xiàn)象:閾上電離、非順序雙電離、高次諧波發(fā)射等。隨著人們對(duì)這些問(wèn)題的研究不斷深入,越來(lái)越多的新的問(wèn)題不斷的被提出。本論文利用求解含時(shí)薛定諤方程這一理論工具,并結(jié)合半經(jīng)典的量子軌跡分析方法,深入的研究了氫原子和氫分子離子等單電子的量子體系在強(qiáng)激光電場(chǎng)作用下的高次諧波產(chǎn)生、阿秒脈沖發(fā)射以及閾上電離等強(qiáng)場(chǎng)現(xiàn)象相關(guān)的電子動(dòng)力學(xué)過(guò)程。首先,我們發(fā)展了強(qiáng)場(chǎng)下單原子單電子近似的三維含時(shí)薛定諤方程的求解方法和程序,推進(jìn)了求解含時(shí)薛定諤方程的數(shù)值方法。我們?cè)敿?xì)的講述了求解單電子含時(shí)薛定諤方程的數(shù)值方法。對(duì)于線性偏振激光作用氫原子的三維含時(shí)薛定諤方程,原子模型采用了極坐標(biāo)體系,用球諧函數(shù)來(lái)展開角度部分,而徑向部分結(jié)合離散變量基函數(shù)和有限元方法表示。我們?cè)诔浞掷糜邢拊x散變量基函數(shù)表示的哈密頓矩陣的稀疏性和塊狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),對(duì)哈密頓矩陣進(jìn)行充分的分拆重組,使其子矩陣結(jié)構(gòu)能對(duì)角化以方便并行化計(jì)算。同時(shí)將哈密頓矩陣中隨時(shí)間變化的和不隨時(shí)間變化的子矩陣塊分離出來(lái)以減少計(jì)算量繼而降低了對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存的需求。再根據(jù)子矩陣的特點(diǎn)結(jié)合分裂算符算法和短時(shí)迭代方法,實(shí)現(xiàn)了高效并行的求解了含時(shí)薛定諤方程。其次,通過(guò)數(shù)值求解含時(shí)薛定諤方程,我們研究了氫原子在超強(qiáng)激光作用下由連續(xù)波包干涉產(chǎn)生高次諧波的物理過(guò)程,并合成了超短的阿秒脈沖。當(dāng)激光的強(qiáng)度達(dá)到越壘電離區(qū)域,氫原子的基態(tài)波包會(huì)被完全剝離空,同時(shí)回到核區(qū)附近不同能量的連續(xù)波包發(fā)生干涉而產(chǎn)生高次諧波。運(yùn)用這一物理機(jī)制,采用雙色激光場(chǎng)來(lái)控制電子的量子軌跡和連續(xù)波包的電離強(qiáng)度,分離頻譜上由連續(xù)波包相互干涉和連續(xù)波包和束縛態(tài)波包干涉產(chǎn)生的高次諧波。進(jìn)一步,通過(guò)調(diào)節(jié)雙色激光脈沖的相對(duì)位相,我們可以用連續(xù)波包干涉產(chǎn)生的高次諧波產(chǎn)生孤立超短阿秒脈沖。分析還發(fā)現(xiàn)雙色激光脈沖相對(duì)位相可以在一個(gè)相對(duì)較寬的范圍變化而不會(huì)使阿秒脈沖的強(qiáng)度和寬度有顯著的改變。第三,我們提出了含時(shí)演化過(guò)程中對(duì)特定束縛態(tài)演化屏蔽的技術(shù)方案,并且將其應(yīng)用到理論計(jì)算中。此方案在Lanczos的短時(shí)迭代演化方法的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的。應(yīng)用此方案得到的數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。同時(shí),在研究原子電子軌道分布的差別對(duì)閾上電離譜的影響過(guò)程中,我們采用屏蔽方案減少其它束縛態(tài)對(duì)光電子譜的影響。數(shù)值的結(jié)果表明,對(duì)于電離能相同的氫原子2s和2p態(tài),由于2p態(tài)在平行于激光方向的空間布居較多,這導(dǎo)致了2p的ATI譜在平行于激光方向上較2s態(tài)有了較大的增強(qiáng)。最后,我們研究了在圓偏振極紫外阿秒脈沖作用下的不同核間距的氫分子離子光電子譜的能量譜紅移和藍(lán)移現(xiàn)象。通過(guò)比較不同核間距的氫分子離子的光電子譜,我們發(fā)現(xiàn)隨著分子核間距的變化,平行于激光電場(chǎng)方向的光電子能譜的能量不僅會(huì)發(fā)生紅移,而且還會(huì)發(fā)生藍(lán)移。這種現(xiàn)象是由于氫分子離子初始態(tài)的動(dòng)量空間的布居在平行于分子軸方向成周期變化,并且其周期隨著分子核間距的增大不斷縮小。當(dāng)激光中心頻率的經(jīng)典動(dòng)量對(duì)應(yīng)的初始態(tài)的動(dòng)量空間的布居處在單調(diào)遞增時(shí)就會(huì)發(fā)生藍(lán)移,處在單調(diào)衰減區(qū)域就會(huì)發(fā)生紅移。
[Abstract]:In this paper , we have developed a method and a program for solving the problems related to the high order harmonic generation , the second pulse emission , and the threshold ionization and so on .
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O562

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本文編號(hào)：2071729