强激光场中三原子分子(CO2、CS2)非序列双电离研究

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原子和分子的非序列双电离过程包含了两个电子之间的关联信息,因此原子与分子非序列双电离现象是强场物理研究的一个重要分支。与原子相比,分子具有振动和转动的自由度,这使得强激光场中与分子相互作用会更加复杂,从而引起了科学家们的研究兴趣。近年来,人们对强场中电子与分子振动态的耦合(非玻恩-奥本海默近似),分子隧穿电离、分子解离、分子的高次谐波辐射和非序列双电离等复杂的动力学过程皆进行了深入的研究。为了更进一步解释原子与分子双电离的实验现象并探究双电离过程中的动力学过程,理论方法主要有如下三种:第一种方法为采用理论严密并且计算精确的数值求解Schr?dinger方程的方法来研究,但是这种方法很难推广到高维多中心多电子系统,而且对计算机有很高的要求。第二种方法是在哈密顿量中加入量子修正的半经典理论,然而理论推导较为复杂。第三种方法是经典理论方法,此方法可以提供清晰的图像以便于我们了解激光与原子分子系统的相互作用,然而精确性还有待于提高。本文主要采用的方法是经典系综方法,研究对象为氪原子、二氧化碳分子、和二硫化碳分子。采用线偏振激光场,探究线偏振激光场作用下原子和三原子分子的双电离动力学。首先,研究线偏振激光场下波长对二氧化碳分子非序列双电离的影响。研究发现在短波长和长波长下,二氧化碳分子双电离率随光强的变化曲线出现交叉点,在交叉点上下各取一个激光强度进行动量关联谱、电子末态角分布、离子反冲动量分布、电子轨迹等方面的计算,比较分析双电离物理机制的变化原因。其次,研究电离能相似的二氧化碳分子和氪原子的电离行为。采用经典系综的方法计算了二氧化碳分子和氪原子的双电离率随光强的变化曲线,然后研究了低光强和高光强区域二氧化碳分子和氪原子的动量关联谱,对比分析氪原子双电离电子与二氧化碳分子双电离电子的电子轨迹和能量轨迹,发现氪原子和二氧化碳分子中返回电子受到库仑聚焦效应不同,进而导致低激光强度下氪原子发生碰撞激发电离,而二氧化碳分子发生直接碰撞电离。最后,研究了分子键长对二硫化碳分子非序列双电离的影响。通过分析不同键长的二硫化碳分子双电离率随光强的变化曲线,可以发现随二硫化碳分子键长增加,“knee”结构逐渐消失;随键长增加,二硫化碳分子动量关联谱由一、三象限分布逐渐变成四个象限均匀分布;通过轨迹和能量谱的分析可以发现键长对二硫化碳分子双电离物理机制的影响。
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