激光技术的发展使激光与原子分子之间的相互作用的研究受到人们的广泛关注。光电离显微成像技术的出现,使得用原子的光电离来研究电子的显微成像成为了原子与分子物理领域研究的前沿课题。将原子置于不同的外场条件或表面附近,原子外层的电子在吸收足够的光子能量后发生电离,以电子波的形式从原子核向四周传播,离开原子实区域后,在外场和表面的作用下运动,最终沿着不同的轨道运动到探测器平面上的一点,由于不同电子波之间存在干涉作用,会在探测器上形成具有一系列振荡结构的电子干涉图像。近年来,里德堡氢原子在静电场、磁场、金属面附近、弹性表面附近等单一场或表面附近的光电离显微研究已经近于完备。这些研究为光电离显微实验中对电离电子动力学的宏观调控提供了丰富的理论依据。但是对于里德堡原子在非均匀场以及表面附近光电离显微成像的研究至今未见报道。本文将运用半经典开轨道理论与镜像电荷理论研究里德堡氢原子在非均匀电场及金属面附近光电离的动力学。该研究对丰富里德堡氢原子光电离体系,更好的理解外场对原子光电离过程的调控作用有重要意义。本文的研究主要包含四个部分:1.运用半经典开轨道理论研究了里德堡氢原子在梯度电场中的光电离。构建了里德堡氢原子在梯度电场中光电离的物理模型。通过标度变换给出了梯度电场中高激发态氢原子的哈密顿量。再通过数值计算来模拟电子电离的运动轨道,并计算和分析了探测器平面上电子的几率密度分布。研究表明:相对于里德堡氢原子在匀强电场中的光电离来说,在梯度电场中,能够到达探测平面的电离电子的轨道数目增多,其相应的电子几率密度图像上的振荡结构变得复杂。随着电场梯度的增加,其对电子运动的影响开始显现,电子能够到达的最大半径逐渐变小,振荡结构的范围也随之变窄。2.运用半经典近似理论结合镜像电荷理论,研究了里德堡氢原子在金属面附近静电场中的光电离。研究发现电子几率密度受到标度电场强度和标度能的影响非常明显。随着标度电场强度增加,能够到达探测平面的电子轨道数目减小,使得电子几率密度图像的振荡结构变得简单。当标度电场强度非常大时,金属面的作用几乎可以忽略,该体系近似接近于里德堡氢原子在静电场中的光电离。另外,标度能对该体系的电子几率密度也有显著的影响。因此,我们可以通过改变标度电场强度和标度能来实现对里德堡氢原子在金属面附近光电离的调控。3.运用半经典的开轨道理论,第一次研究了里德堡氢原子在梯度电场及金属面附近的光电离。计算了不同标度电场梯度和不同标度能下探测平面上的电子通量密度分布。由于不同经典电子轨道之间的相互干涉作用,在电子通量密度图像上出现了一系列复杂的振荡结构。研究表明,这些振荡结构与标度电场梯度、标度能量和金属面放置的位置有关。另外,详细讨论了电子通量密度与不同类型轨道之间的关系。如果外场和金属表面满足一定的条件,电子通量密度的干涉图样能够在里德堡氢原子的光电离实验中观测到。4.研究了里德堡氢原子在梯度电场和磁场中自电离随时间的演化,着重讨论了梯度电场和磁场对电子运动的影响。在光电离的过程中出现了一系列的电子脉冲。当标度电场梯度很小时,氢原子在梯度电场和磁场的光电离过程类似于氢原子在静电场和磁场中的光电离。随着标度电场梯度的增加,能够在给定时间内到达探测器平面的电子轨道数目减小,使其θ-t曲线和电离率曲线变得简单。随着标度磁场强度的增加,电离电子的动力学行为开始变得混沌,θ-t曲线出现一种“韵律结构的自相似性”的分形结构。另外,氢原子光电离的动力学行为还受标度能的影响。本文共分为六章:第一章为引言,主要介绍了选题意义、里德堡原子和非均匀电场、半经典开轨道理论、相关领域的研究现状以及创新点。第二章研究了梯度电场对里德堡氢原子光电离的影响。第三章运用半经典的开轨道理论结合镜像电荷理论研究了里德堡氢原子在金属面附近静电场中的光电离。第四章为第三章的深化,将静电场改为梯度电场,研究了梯度电场和金属面对里德堡氢原子光电离的影响。第五章研究计算了里德堡氢原子在非均匀电磁场中的光电离随着时间的演化关系。第六章为文章的总结以及对未来工作的期望。