强场双电离的关联电子动力学研究

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强场双电离是强激光与物质作用的一个基本过程。它包含了两个电子与激光场以及两电子之间的相互作用,是自然界最简单的多电子作用过程之一。由于在强场双电离,特别是强场非次序双电离中,体现了强烈的电子关联作用,为人们研究自然界的电子关联这一普遍现象提供了最简单的途径。本文研究强场双电离及三电离中的多电子动力学过程,揭示强场非次序双电离及三电离中关联电子的微观动力学过程,以及强场次序双电离的电子关联行为;同时还研究对非次序双电离关联电子微观动力学过程的控制。全文的研究内容及结果如下:(1)研究了激光强度低于碰撞激发电离阈值时的非次序双电离机制。在极低的激光强度下非次序双电离的过程为:第一个电子与母离子碰撞后形成一个双激发态,然后两个电子在电场的作用下一个接一个依次电离。本研究发现了低激光强度下非次序双电离的一种新的微观机制:laser-assisted nuclear boomerang,成功地解释了低激光强度下实验观察到的非次序双电离电子对的反关联现象以及电子能量谱中的高能截止区。同时,本研究预言了通过这种过程电离的电子具有非常宽的横向动量分布,此特征可以作为在实验上验证laser-assisted nuclear boomerang的一种重要证据。(2)研究了激光强度远高于直接碰撞电离阈值时的非次序双电离。指出在极高的激光强度下,电子碰撞过程中的能量不均匀分配是一种非常普遍的现象,并证明了这种不均匀的能量分配是造成在极高激光强度时实验上观测到的非次序双电离关联电子动量谱中V型结构的原因。(3)研究了非次序双电离过程中电子之间的长程库伦作用的库伦尾巴对电离过程的影响。发现电子间作用势的库伦尾巴导致碰撞过程中两电子的不均匀能量分配在非次序双电离中占主要地位。在低激光强度下,这种不均匀能量分配使得非次序双电离的电子对呈反关联现象;在高激光强度下,这种不均匀能量分配使得非次序双电离的电子关联动量谱呈现V型结构。(4)提出利用双色场方案控制非次序双电离的关联电子动力学:在偏振方向平行的双色场作用下中,非次序双电离的电子关联动量谱呈现一个新颖的弧状结构,这种结构反应了非次序双电离电子对的某种能量相关性;在偏振方向相互垂直的正交双色场中,非次序双电离的电子对可以被控制为表现强烈的正关联或反关联,这种控制是基于对碰撞时间的精确控制来实现的。进一步将正交双色场对回复电子波包时间特性的控制应用到分子钟实验中。通过控制正交双色场的相对相位,精确地控制了回复电子波包的渡越时间,从而精确地控制了分子钟实验中“泵浦/探测脉冲”的时间延迟,其精度可达到200阿秒。并且实验上此正交双色场方案比传统的分子钟实验方案更容易实现。此方案在实时观测分子超快动力学过程的分子钟实验中有非常重要的应用。(5)研究了强激光场中原子的次序双电离过程。本文在以前的描述强度非次序双电离的经典模型的基础上,发展了一个新的经典模型----海森堡势经典模型。本文利用此模型研究了椭圆偏振激光驱动的氩原子次序双电离,首次实现了对实验结果的完全定量重复。本文利用此模型进一步研究了强场次序双电离中的多电子效应,理论计算证实了实验上观察到的由多电子效应而导致的现象,并且还预言在光电子角分布中存在另一个由多电子效应而导致的现象。(6)研究了更为复杂的强场非次序三电离,证实了不同激光强度下不同的非次序三电离过程:(0-3)和(0-1-3),并给出了这些过程的直观的物理图像,进一步预言了非次序三电离中(0-3)对应的三电子碰撞与(0-1-3)对应的两电子碰撞导致的电子关联特性的差异。
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