氩原子在椭圆偏振激光场中双电离的理论研究

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理解光与物质相互作用的规律一直是物理学研究的重要任务之一,近年来,随着激光技术的快速发展,激光的脉冲宽度被不断缩短而强度却被不断提高,这使人们对光与物质相互作用的研究进入到强场物理领域。强激光脉冲的运用使人们观察到一系列前所未有的新奇的强场物理现象。在这些新的强场现象中,原子的强场双电离现象格外引人注目,因为它第一次向人们展示了电子关联在光与物质的相互作用中可以起到显著作用,这严重挑战了传统的基于独立电子近似的光物理理论,并激起了人们对强激光场下电子关联效应的研究热潮。近年来,随着超短激光脉冲技术的发展以及实验观测手段的进步,人们已经可以创造出脉宽超短的近单周期的激光脉冲并可以对不同载波包络相位下的双电离过程进行有效地探测,这些实验进步推动了人们对少周期激光场下强场双电离过程的研究和认识。另一方面,实验上观测到的圆偏振和椭圆偏振激光场下的原子非次序双电离现象也在最近吸引了大量的关注,这些非线偏振激光场下的电子关联现象进一步丰富了人们对重碰撞过程的认识。而圆偏振激光场和椭圆偏振激光场下的次序双电离现象则为人们探索新的电子关联机制以及电子电离过程中的非绝热效应提供了途径。为了解释实验上观测到的强场双电离实验现象,人们发展了许多新的理论模型和计算方法,包括全经典模型、半经典模型以及量子模型。这些理论方法均有效地包含进了电子关联效应,并都在一定程度上成功模拟出了实验结果。在这些方法中,全经典系综方法由于其具有的高计算效率和易于物理分析的特点而被广泛地采用。全经典系综方法为人们认识强场双电离过程提供了强有力的研究工具。在本文中,我们通过运用全经典系综方法对氩原子在椭圆偏振包括圆偏振激光场中的双电离动力学过程开展了理论研究工作,其中,我们对原子强场电离的非绝热效应以及少周期激光场的载波包络效应等问题进行了深入的讨论和分析。首先,我们通过运用经典系综方法,理论研究了圆偏振激光场下氩原子的双电离对初始系综的敏感性。我们为经典氩原子制备了一系列具有特定总角动量的初始系综。数值计算结果显示圆偏振激光场与电子相对转动时的双电离几率要明显高于同向转动时的双电离几率。通过分析随时间变化的电子能量分布,我们发现当圆偏振激光场与电子相对转动时,原子中第二个电子的电离时间要更早。通过进一步分析氩一价离子的能量,我们发现原子的第一次电离过程能够使生成的氩一价离子处于更高的能量状态并且增加第二次电离的几率。这些结果表明,在圆偏振激光场中,非绝热效应能够对次序双电离过程起到重要作用其次,通过运用全经典系综方法,我们又研究了少周期椭圆偏振激光场下氩原子的非次序双电离过程。数值计算结果表明,少周期椭圆偏振激光场的载波包络相位对氩原子双电离几率随光强的变化曲线并没有显著的影响,但对氩原子的双电子动量关联谱有很大影响。我们发现通过改变激光场的载波包络相位,双电子动量关联谱可以在近坐标轴的“十字形”分布和远离坐标轴的第一象限分布间任意转化。这表明在少周期椭圆偏振激光场下,通过控制载波包络相位可以实现双电离过程在重碰撞激发次序双电离通道和重碰撞直接碰撞电离通道间的任意转换。之后,通过分析随时间变化的电子能量分布以及经典双电子轨道,我们进一步证实了这一结论并给出了直观的物理图像。最后,我们通过绘制不同电离通道所形成的双电子动量关联谱,展示了载波包络相位对两个双电离通道进行调控的具体过程。
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