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随着脉冲激光技术的发展,超快超强脉冲激光越来越多地被用来控制光化学反应。从理论上研究在超快超强激光场作用下的原子和分子动力学具有重要的意义。对于求解原子和双原子分子等这类少体问题,使用基于求解含时Schr(o)dinger方程的量子波包方法能够详细地描述系统的时变动力学过程,因此它被广泛地应用于分子反应动力学研究中。
本论文基于量子含时波包方法来研究双原子分子在飞秒激光场中的动力学过程,探索利用飞秒激光脉冲控制化学反应的方法。主要工作包括以下几个方面:
(1)使用一维含时波包模型,计算并讨论了NO分子里德堡态C2П和价态B2П之间的非绝热相互作用对C2П←X2П吸收光谱的影响。从激发态波包随时间的演化过程可以看出,波包的一部分在里德堡态C2П上演化而另一部分则被束缚在价态B2П上。结果表明,C2П和B2П之间的相互作用会影响到C2П←X2П吸收谱峰的强度和位置。C2П态上v=0,1,2的吸收谱峰发生红移,而v=3,4,5的峰发生蓝移。
(2)以Na2分子为例,讨论了利用电离连续态作为中间态实现激光控制分子布居转移的可行性。首先使用一维含时波包模型,研究了激光强度、延迟时间、失谐对布居转移效率的影响。之后,将一维波包的计算结果与二维含时波包模型的结果进行比较,研究分子转动和分子取向对布居转移效率的影响。结果表明,尽管电离连续态对布居转移会产生一定损耗,同时分子转动也会在一定程度上降低布居转移效率,但是通过合理调节激光参数,仍然可以实现较高的布居转移效率。
(3)以Br2分子为例,提出了通过控制解离波包干涉来控制产物分支比的方案。两束泵浦光在解离势能面上先后产生两个解离波包,随着波包的演化,两个波包会发生干涉叠加。使用二维波包模型,计算并分析了解离产物在坐标和速度空间的径向分布以及速度角分布。结果表明,通过改变两束泵浦光的相位差以及延迟时间,可以控制分子光解离波包的干涉图样。同时,分子在不同解离通道中的解离几率也会发生不同程度的改变,进而产物分支比将会得到控制。
(4)研究了NaI分子的非绝热光解离和光电离过程,提出了利用一阶非共振非微扰Stark效应来控制非绝热解离过程的方案。使用二维波包模型,分别研究了Stark控制脉冲的延迟时间、强度、频率和相位对非绝热解离动力学以及各通道解离几率的影响。结果表明,尽管在一阶非共振非微扰动力学Stark效应中,Stark能移方向在每个光周期内会改变两次,即两个透热态之间的能量差会以激光的频率来回地变大变小,但是利用一阶非共振非微扰动力学Stark效应,仍然可以实现对非绝热解离动力学的控制。通过调节Stark脉冲参数,可以很有效地实现对解离产物分支比控制,相应的结果可以从最终的光电子动能分布中反映出来。