原子XUV光吸收谱的阿秒超快控制研究

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随着近年来激光技术进步、特别是阿秒脉冲技术的出现,关于原子阿秒极紫外(XUV)光吸收谱的研究引起了人们的极大兴趣,并且取得了振奋人心的成果.由于光吸收谱测量完全采用全光学手段,在实验测量和操作上都比传统方法更具有优势和测量的精度,人们可以从光吸收谱中获取以前无法得到原子中电子的动力学信息,从而成为研究微观尺度电子运动行为不可或缺的手段.本文运用不同模型,利用数值方法研究了原子阿秒XUV光吸收谱的特点和规律:探讨了三能级模型在研究原子阿秒XUV光吸收谱的可能性,同时通过修正三能级模型,使得其可以全面、准确的描述原子光吸收的全部过程;同时借助于一维原子模型,数值求解了电子关联的双电子含时薛定谔方程,研究了一维模型在研究原子光吸收谱时的可行性,通过改变红外(IR)光的频率,来选择性操控电子波包;进一步研究了IR光的载波包络相位(CEP)对原子光吸收谱的调制作用;最后,我们研究了原子光吸收谱中的电子关联效应.第一章简要介绍了激光技术的发展、高次谐波、阿秒脉冲技术和应用,重点介绍了原子阿秒XUV光吸收谱研究的进展和研究现状.第二章我们利用三能级模型和含时薛定谔方程对比研究了原子阿秒XUV光吸收谱,指出传统三能级模型在研究原子光吸收谱中的缺点,发现了转动波近似对原子光吸收谱中主吸收线两侧边带的影响,进一步考虑IR光对原子基态的影响,修正了三能级模型,使其可以全面的描述原子阿秒XUV光吸收谱;在此基础上,通过改变三能级系统,指出了光吸收谱中主吸收线两侧边带不对称的原因.第三章我们采用一维原子模型,数值求解一维电子关联的双电子含时薛定谔方程,研究了He原子双激发态的XUV光吸收谱,并且和实验对比,阐述一维双电子模型在描述原子双激发态光吸收谱的可行性.研究表明:具有一定延迟时间的IR光对原子双激发态光吸收谱有很大的影响,主吸收线随着IR光的作用,有明显的加宽、移位和分裂现象出现,并且随着XUV光和IR激光之间延迟时间呈现明显变化,吸收线型出现了Fano线型和反Fano线型,以及Lorentz的周期性改变;在此基础上,研究了通过改变IR激光的频率,来选择性的控制双电子波包干涉.第四章我们就IR激光CEP对原子双激发态XUV光吸收谱的影响做了研究.在上一章基础上,我们用一维原子模型,数值求解一维双电子的含时薛定谔方程,研究了双激发态的XUV光吸收谱,探索通过IR激光CEP对原子双激发态XUV光吸收谱进行量子操控的可能.我们的理论预言有望得到实验的验证,并进一步刺激相关实验的发展.第五章我们就电子关联效应在原子光吸收过程的影响做了研究.我们基于不同的单、双电子模型,利用数值求解一维模型He原子的含时薛定谔方程,对比研究了He原子单激发态的XUV光吸收谱.研究结果表明:基于单、双电子模型的原子光吸收谱的基本特征是一致的,都出现了IR光对吸收谱的改变,移位和分裂,并且都有多光子吸收对应的边带条纹,这些结果和已有的结果都完全一致;但是,基于单、双电子模型的原子XUV光吸收谱中激发态对应能级的主吸收线的边带条纹,有明显的时间差,基于双电子模型的结果明显滞后于基于单电子模型的结果,随着IR激光强度的增加,这个延迟时间会进一步被拉长.双电子体系中,电子关联会影响光吸收谱的时间分辨,我们的结果还需要进一步实验上的确认和验证.
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