强激光脉冲作用下氢原子光电子干涉效应的理论研究
“激光”作为高强度的相干光源，极大地促进了光学的发展。从最初发明到现如今的超快超强激光脉冲，人们一直致力于采用创新的方法获取更短更快的激光脉冲。探究超快激光脉冲与原子分子相互作用时，原子、分子及电子对激光脉冲的响应是人们重点关注的内容。强激光脉冲与原子分子相互作用可以产生非次序双电离、光电子涡旋及光电子全息干涉等现象。对于不同的现象，电子发生的电离机制以及对应电子的动力学问题也是存在差异的。例如，根据电子的非次序双电离可以很好的探究电子之间的关联效应；根据光电子全息干涉结构可以进行分子成像等。 本文研究了强激光脉冲作用下氢原子的光电子干涉效应，其主要的内容和结果如下： (1)研究了线偏振脉冲驱动下氢原子的光电子干涉结构的变化。首先，我们改变不同的激光波长，观察到了在长波长时相对高能区出现了清晰的时域双缝干涉结构，而这种现象在短波长时是观察不到的。结合库仑势对电子的作用以及时域双缝干涉结构的来源，我们发现随着波长的增加库仑势的聚焦效应变弱，直接电离电子增多，在光电子动量分布的相对高能区可以观察到时域双缝干涉结构。随后，我们详细的分析了库仑势对氢原子光电子动量分布的影响。我们将一个光学周期分成不同的电离时间窗口，发现不同时间窗口的组合对应的不同区域的光电子干涉结构是不同的。通过轨迹分析，我们阐明了库仑势对干涉结构的影响。 (2)研究了少周期啁啾激光脉冲对光电子电离通道的精准调控，通过调节适当的啁啾参数实现对电离通道的精准控制，孤立出光电子全息干涉结构。通过采用量子方法以及半经典两步模型的方法，在载波包络相位的大小一定时，我们发现光电子动量分布对于负啁啾激光脉冲的变化反应较正啁啾脉冲的变化反应更为敏感。在负啁啾激光脉冲的作用下，通过调节适当的负啁啾参数，可以在光电子动量分布中提取出电离时间为阿秒时间尺度的孤立全息干涉结构。除此之外，我们还证明了啁啾激光脉冲不仅可以精确的控制电离通道的开关，同时还可以用来对重散射过程进行相干调控。通过轨迹分析，结果表明在负啁啾激光脉冲驱动下，随着负啁啾参数的增加，重散射电子的漂移时间增大，电子在场中的运动时间变长，可以从场中获得很高的能量。除此之外，我们还探究了在啁啾参数一定时，光电子动量分布对少周期激光场的载波包络相位也是十分敏感的。 (3)采用改进的量子轨迹蒙特卡洛方法研究了在空间非均匀场中光电子干涉结构对波长的依赖。对于原子在空间均匀激光场下的光电子动量分布的研究还是很少的。为了能够更好的了解空间非均匀场对电子的影响，我们分别研究了在空间均匀场和空间非均匀场中的光电子动量分布。我们发现电子在空间非均匀场中对波长的依赖更为敏感。随着波长的增加，当波长达到某一固定值时，光电子动量分布恰好分离成两部分，相对高能区和相对低能区。我们称此时的波长为临界波长。当波长超过临界波长时，重散射电子返回母核时携带着很高的能量。我们同时还证明了在空间非均匀场中可以孤立出携带母核信息的光电子全息干涉结构。并且在短波长中观察到的光电子全息干涉结构要比长波长中观察的更清晰。 最后，我们证明了对于不同的空间非均匀参数下的激光场中，对应的临界波长也是不同的。
库仑聚焦效应;光电子干涉;经典轨迹;电离通道
吉林大学
博士
原子与分子物理
刘学深
2023
中文
TN241
2023-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）