強(qiáng)激光與原子、分子及晶體材料相互作用的超快動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、超短、超強(qiáng)激光與物質(zhì)相互作用作為探索物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)過(guò)程的理論和實(shí)驗(yàn)研究，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的迅速發(fā)展，目前已經(jīng)成為世界上最活躍、最前沿的科學(xué)研究領(lǐng)域之一。本論文主要從理論上研究強(qiáng)激光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的超快動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，研究對(duì)象由傳統(tǒng)的氣相原子、分子延伸至凝聚態(tài)固體材料。
　　第一章，首先簡(jiǎn)單介紹了激光技術(shù)的發(fā)展以及激光技術(shù)對(duì)強(qiáng)場(chǎng)領(lǐng)域的重要影響，并引入了強(qiáng)激光與原子、分子相互作用可能產(chǎn)生的一些物理過(guò)程，重點(diǎn)介紹了原子與分子高次諧波的產(chǎn)

2、生機(jī)制、研究意義及目前所需要解決的一些問(wèn)題。隨后我們介紹了分子結(jié)構(gòu)超快動(dòng)力學(xué)成像方法。最后闡述了強(qiáng)激光與固體材料相互作用的應(yīng)用以及固體高次諧波在實(shí)驗(yàn)和理論上的研究進(jìn)展。
　　第二章，針對(duì)如何提高高次諧波轉(zhuǎn)換效率的問(wèn)題，我們通過(guò)含時(shí)量子波包方法對(duì)強(qiáng)激光場(chǎng)下的H2+和HeH2+分子產(chǎn)生高次諧波的現(xiàn)象進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)分子核間距較大時(shí)，來(lái)自分子和分子中原子的諧波光譜平臺(tái)區(qū)可以有效地被區(qū)分，其中分子平臺(tái)區(qū)的諧波效率要比原子平臺(tái)高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)

3、。我們建立了一種關(guān)于分子平臺(tái)超連續(xù)譜起源的物理模型，同時(shí)揭示了分子平臺(tái)區(qū)是由于在激光作用下，位于兩個(gè)勢(shì)阱分子內(nèi)電子波包轉(zhuǎn)移相干產(chǎn)生的。我們理論上證明，考慮宏觀傳播效應(yīng)，優(yōu)化氣體靶的密度實(shí)現(xiàn)合適的相位匹配，可以獲得高效率的分子諧波平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)的孤立阿秒脈沖。
　　第三章，針對(duì)如何延展高次諧波截止區(qū)能量的問(wèn)題，我們通過(guò)求解一維和三維含時(shí)薛定諤方程，理論研究He原子在空間非均勻激光場(chǎng)中高次諧波的產(chǎn)生過(guò)程。發(fā)現(xiàn)在空間非均勻激光場(chǎng)中，

4、高次諧波截止區(qū)能量會(huì)得到延展，并且非均勻場(chǎng)的空間對(duì)稱(chēng)性極大地影響電子波包的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而影響諧波輻射。結(jié)合雙色疊加場(chǎng)技術(shù)，具有不對(duì)稱(chēng)空間非均勻特性的多周期激光脈沖能夠產(chǎn)生相干極紫外超連續(xù)光譜，從而可以用來(lái)產(chǎn)生孤立的超短阿秒脈沖。此外，我們研究了在非均勻激光場(chǎng)中H2+體系高次諧波的產(chǎn)生過(guò)程，發(fā)現(xiàn)當(dāng)核間距較大時(shí)，在諧波譜的高能部分能清晰地觀測(cè)到由分子中兩個(gè)原子中心干涉導(dǎo)致的極小值。
　　第四章，基于激光誘導(dǎo)電子衍射和一維分子準(zhǔn)直技術(shù)，我們

5、發(fā)展了兩種有效的方法，通過(guò)強(qiáng)激光與多原子分子CF4、ClCF3相互作用得到的閾上電離譜中提取的電子衍射圖樣，重構(gòu)多原子分子的二維結(jié)構(gòu)。同時(shí)，我們證明電子衍射圖樣中的散射角和寬的電子能量范圍都能被用來(lái)獲取分子結(jié)構(gòu)信息，且起到互補(bǔ)的作用。
　　第五章，我們將高次諧波的研究由傳統(tǒng)的氣體原子、分子擴(kuò)展到固體材料。通過(guò)求解改進(jìn)后的半導(dǎo)體布洛赫方程，理論上研究了強(qiáng)激光場(chǎng)中α石英結(jié)構(gòu)SiO2晶體高次諧波的產(chǎn)生。利用第一性原理計(jì)算得到的精確能帶結(jié)