阈上电离光电子谱的标度定律研究

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阈上电离是原子分子与激光相互作用时出现的一种基本而重要的非线性物理现象,是强场物理领域中的重要研究课题。对阈上电离的研究不仅能够促进我们对强场物理过程的认识,而且加深了人们对物质结构的认识。  阈上电离电子分为直接电离电子和重散射电子。直接电离电子是电子吸收多个光子后直接离开光场而产生的光电子,重散射电子是指电子脱离母核的束缚在激光场加速过程中,由于激光电场方向反转而被拉回到母核,与母核发生弹性散射而产生的光电子。  本论文基于全量了理论和数值求解三维含时薛定谔方程,计算了阈上电离的光电子谱,对重散射电子的光电子谱平台结构展开了研究,提出并验证了光电子谱的标度定律。本论文取得了一些创新性研究成果,具体如下:  1.基于全量子理论获得了重散射电子的跃迁矩阵元以及阈上电离的微分电离率公式,对光电子能量谱和光电子角分布进行了研究,证实了光电子能量谱中的平台结构是由重散射效应形成的,并且提出了多平台结构的解释;重散射光电子角分布受到束缚势的显著影响,因而可以用平台起始区的光电子角分布来获取原子束缚势的信息。  2.提出了光电子能量谱和光电子角分布共同满足的标度定律,光电子能量谱和光电子角分布都遵循同一个标度定律,即保持束缚数、有质动力参数和吸收光子数不变,光电子能量谱和角分布的基本特征就保持不变,这说明了在描述强激光与原子相互作用时,这三个无量纲的参数具有重要的作用。  3.数值求解三维含时薛定谔方程的方法研究了不同目标原子在各种激光照射下的光电子能量谱,展示了光电子能量谱在不同原子束缚能、激光波长和激光强度下的变化趋势。通过研究这些变化验证了标度定律,指出了标度定律中有质动力参数保持不变是激光强度变换三次方的来源,并且研究了初态波函数对标度定律的影响。  4.研究了双色场(XUV+激光场)下He原子的光电子能量分布,发现了光电子能量谱受到激光场的作用进行展宽,展宽的程度与电离时刻激光场的相位有关,在电离时刻激光电场矢势最大时,电子谱出现了分裂,由此可以利用光电子能量分布的结构获取激光场的相位信息;光电子谱高阶峰受到波长的影响很大,随着波长的增加,更高能量的峰消失,我们认为这是由于电子波包在激光场运动时间长,电子波包扩散效应引起的。
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