强激光场作用下多原子分子非次序双电离的研究

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强激光场中的非次序双电离(NSDI)包含了诸多的物理过程,其中所表现出来的电子与电子之间的动态关联也一直备受关注。对理论研究而言,从简单的单原子体系逐渐发展到复杂的多原子分子体系是一个很大的挑战。因为相对于原子,分子具有核间距这个附加的自由度以及结构的多样性,这使得强激光场中的分子动力学包含了更多的物理现象。例如,测量N2和O2分子的两种不同对称性的分子轨道对非次序双电离的影响;研究分子取向、分子中电子振动态的耦合、不同结构的环状分子对强场下分子非次序双电离动力学过程的影响。为了更好的理解这些微观粒子的物理过程,研究者们发展了几种理论方法,常见的有如下四种:数值求解Schr?dinger方程﹑经典系综方法﹑半经典方法﹑量子蒙特卡洛方法。其中经典系综方法是计算强场电离的一种常用方法,该方法需要的计算资源少,且得到的结果与量子计算的结果定性相符。此外,它还能提供清晰的物理图像,便于分析电子行为。本论文采用经典系综方法,研究强场下多原子分子系统的双电离动力学,主要分为以下两大部分:1)研究线偏振和反旋双色圆偏振激光场下,不同结构的C3H6分子(丙烯和环丙烷)双电离的动力学过程。首先,我们对丙烯和环丙烷在不同波长下的双电离几率进行了深入的研究。发现在1200 nm激光场中,丙烯和环丙烷分子都发生了非次序双电离即出现了“knee”结构,而800 nm激光场下并没有出现非次序双电离现象。同时,我们发现丙烯分子的双电离几率比环丙烷分子高几个数量级。其次,为了进一步解释这一有趣的现象,我们选取了强度为30 TW/cm2,波长为1200 nm的线偏振和双色反旋圆偏振场计算了双电离电子的动量分布和重碰撞的能量轨迹。结果表明丙烯分子比环丙烷分子有更多的双电离电子的动量分布和能量轨迹,这也再次证明了丙烯分子的“knee”结构比环丙烷分子更明显。2)研究不同波长以及激光强度下OCS分子非次序双电离的动力学过程。首先,我们研究了波长为800 nm的线偏振(LP)和圆偏振(CP)场下OCS分子的双电离几率。对比CP场的情况,可以发现LP场下的双电离曲线出现了“knee”结构,并且这一现象与实验上的测量结果是相吻合的。其次,我们计算了1200 nm的LP场下OCS分子的双电离几率,并与同等场下的800 nm的情况进行了对比。发现这两种波长下的电离几率出现了一个交叉点,并且当强度低于或高于这个交点时,两种波长下出现的电离机制刚好相反。这一现象也通过碰撞过程中关联电子的轨迹进行了解释。
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