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当超强飞秒激光脉冲和原子相互作用时,将发生一系列的非线性现象,包括阈上电离,高次谐波的产生等。原子的场电离在这些过程中至关重要。当激光场聚焦到气体原子上,会使得原子按照不同的电离机制发生电离。本文主要研究超快强激光作用下原子电离与电子加速的问题。 本文简要介绍了在主要文献中出现的几种形式的一维势能函数,并简述了它们各自的特征。对于软核库伦势能,采用与Keldysh参数定义相似的方式定义隧穿电离条件,并计算了在该条件下原子能够发生电离的临界电场。对于不同的气体原子,在能够发生电离的电场强度下,得出了库伦势垒的宽度和电子发生电离后的初始位置。电离后的电子会继续吸收激光场中的能量,在激光场与库伦场双重作用下进行加速运动,文章给出了电子加速过程中满足的牛顿运动方程并对其进行数值求解。 本文通过数值求解电子的运动方程,模拟了几种惰性气体及氢原子在激光场中的电离情况,描述了电子在电离时刻以及激光场第二次反向时刻的位移和对应的动能,并绘出了相应的示意图。从电子的末态位置的示意图中可以发现,当电子的初位置与末位置反号时,说明电子曾经到达过原子核附近,只有这部分电子才对高次谐波的产生有贡献。文章通过研究电子初末位置和相应的能量,分析了对高次谐波产生有贡献的电子的电离时刻,以及电子与原子核发生复合时辐射高次谐波的阶数。不难发现,在激光脉冲中能够发生电离的各个半周期,只有各自峰值右侧的电子才有可能回到原子核附近,辐射出高次谐波。 根据前面所建立的模型,编制了描述脉冲激光电场作用下电子电离和运动的软件。该软件可以动态地模拟电子在激光场和库伦场作用下运动的轨迹,以及电子在经过原子核时所具有的动能。