一、一维原子模型在超强激光场的电离（论文文献综述）
庞惠玲[1]（2021）在《少周期双色圆偏振光场中Ar原子非次序双电离研究》文中研究指明超快超强激光脉冲驱动原子相互作用发生了一系列有趣而新颖的高阶非线性现象,如高次谐波产生和非次序双电离等。强场非次序双电离中涉及的两个电子具有强烈的关联性,这为探索自然界普遍存在的电子关联行为提供了一个简单有效的途径。自1982年L’Huillier等人发现非次序双电离以来,强场非次序双电离一直是强场物理领域的热门课题。大量研究表明非次序双电离中电子关联行为及其微观动力学依赖于激光脉冲的强度、波长、脉宽和偏振态等参数,由于电离电子主要受激光电场的作用力,电离电子的运动轨迹很大程度上取决于激光电场的具体波形。所以人们提出使用频率不同的两束超强激光脉冲组成的复合激光场来驱动原子的非次序双电离,通过调节两束脉冲的相对参数来改变复合激光电场的波形,从而实现对非次序双电离的控制。双色圆偏振激光场就是近年来的一个热门方案,通过调节两束圆偏振光的相对强度等参数,可以实现一个波形灵活可调的二维激光电场。这对调节强场非次序双电离中电子的微观动力学,进而控制电子的关联行为都是极其有利的。对于少周期激光脉冲,激光脉冲的载波包络相位对激光电场的波形也有显着影响,因此本文提出使用少光周期反旋双色圆偏振激光脉冲驱动Ar原子非次序双电离,研究关联电子微观动力学对少周期双色圆偏振场中两束脉冲的相对相位的依赖关系。可见光或近红外非线偏振光场中原子双电子系统三维含时薛定谔方程的数值求解对于目前的计算资源仍然是一个巨大的挑战。近年来人们开发了经典系综模型来处理强激光场中两电子的电离问题,该方法具有计算过程简单、计算效率高、与实验结果吻合度高等特点,被人们广泛应用于非次序双电离的理论研究。本文运用三维经典系综模型研究少周期反旋双色圆偏振激光脉冲驱动Ar原子非次序双电离。重点研究电子关联行为和电子微观动力学过程对双色圆偏场中两脉冲相对相位的依赖。数值计算结果表明,双电离几率对相对相位有明显的依赖关系,在相对相位为0.7π时双电离几率最大。我们选择了四个典型相对相位进行深入分析,四个不同相对相位下沿激光二维偏振平面的相关电子动量主要分布在复合电场负矢势曲线的三条边上。随着相对相位的增加负矢势和相关电子动量分布一起顺时针旋转,说明相对相位影响电离电子的出射方向。根据电子电离先后顺序,我们从理论上分离出第一个电子和第二个电子,发现第一个和第二个电子分布在动量分布图中两个明显不同的区域,我们可从相关电子动量分布图中直观区分出第一个和第二个电子。通过反向跟踪电离电子的经典运动轨迹并进行碰撞时间、电子电离时间的统计分析,与激光电场的负矢势和电子动量分布图比较,我们还可以从中获取电子的释放时间。仔细检查自由电子的返回方向发现,自由电子的返回角度与相对相位密切相关,且可通过改变相对相位来连续控制自由电子返回角度。通过分析双电离与再碰撞之间的时间延迟,可以直观的得到碰撞直接电离和碰撞激发场致电离在非次序双电离中所占的比例。统计结果表明相对相位显着地影响碰撞直接电离和碰撞激发场致电离在Ar原子非次序双电离中的相对贡献。
王宁月[2]（2020）在《超强激光脉冲作用下原子分子光电离中的动态干涉理论研究》文中研究表明在高频激光脉冲作用下,原子电离随着激光脉冲峰值强度的增加会出现一些反直觉的变化,当激光脉冲峰值超过临界值的时候,随着脉冲峰值的进一步增强,在激光脉冲峰值附近,原子的电离率不仅不会增加,反而会反直觉的稳定;光电子谱的会由单峰结构劈裂为多峰结构,即动态干涉。在本文中,我们采用求解含时薛定谔方程（Time-dependent Schr?dinger Equation,TDSE）的方法研究了在高频激光脉冲的作用下和在高频啁啾脉冲作用下的氢原子,以及高频激光脉冲作用下的氢分子离子的电离过程,探究其动态干涉现象。主要内容包括以下几个方面:（1）针对于基态氢原子是否存在动态干涉现象的争议,我们对强激光与氢原子的电离过程进行了探究。结果证实了基态氢原子存在动态干涉现象,并且研究了高强度激光脉冲作用下的电子电离率随时间的变化情况。进一步阐述了在高频激光脉冲作用下,原子的稳定化和AC Stark位移对原子电离的影响过程。发现当脉冲峰值增大到一定值时,随着激光脉冲峰值的到来,原子的电离率会趋于稳定,原子不再电离,在脉冲下降沿才会继续发生电离;而光电子谱会随着脉冲峰值强度的增加而出现多峰结构。（2）针对于在激光脉冲产生过程中色散和非线性效应产生啁啾,我们又进一步探究了在超高频啁啾脉冲对氢原子离基态的光电离作用。我们利用啁啾激光脉冲研究了氢原子的光电子能谱,结果表明,随着线性啁啾的增加,脉冲的动态干涉效应会减弱并发现红移现象。我们的结果可以通过动态干涉的原理来解释干涉变弱;同时通过对有无啁啾的瞬时电离率的直观的比较,来解释啁啾脉冲对动态干涉的影响与无啁啾时的差异。（3）比较了针对于实验跟理论的两种常用的不同表达形式的啁啾脉冲,我们分别比较了在这两种啁啾脉冲作用下,基态氢原子的动态干涉现象。在本文中,我们比较了线性啁啾高斯超短脉冲的两种形式（等包络和等功率激光脉冲）,发现两种形式的表达都能显着地改变光电子能谱,如减弱干涉图样,但它们之间有许多不同的特征。通过讨论瞬时光电离率,并考虑原子的稳定效应和交流斯塔克位移,揭示了不同的形式如何改变动态干涉模式。（4）我们进一步探究了更复杂的H2+的电离过程。我们发现与氢原子相同,氢分子离子同样可以观察到动态干涉现象。然后我们又比较了在不同的激光参数（激光强度,中心频率以及脉冲周期）以及不同核间距,分子取向对H2+光电子动量分布的敏感性,同时探究它们对动态干涉的影响之间的差异。
邵天骄[3]（2020）在《固体高次谐波辐射过程中电子超快动力学操控的理论研究》文中研究表明随着处在中红外波段的超短超强激光脉冲技术的发展,固体高次谐波逐渐成为国内外研究的热点。中红外激光的波长范围在2-5 μm,相较于半导体的带隙,中红外波段的激光的长波长,高强度,使得激光作用于半导体时,电离过程处于隧穿机制下。固体高次谐波的研究有着十分重要的意义:其一,因为固体高次谐波动力学时间尺度是在亚飞秒或者阿秒的量级,所以具有超短的时间分辨。固体谐波含有固体内部的超快电子动力学和晶格动力学的物理信息,进而能够发现一些新的物理超快动力学现象并揭示其规律。其二,晶体靶材料具有周期性以及天然的有序的原子排列和高原子密度,因而有望产生更高产率的XUV波段的谐波,有望成为未来的高强度的高次谐波和阿秒光源的载体。实验上发现很多晶体可作为靶材料来产生高次谐波,例如纤锌矿氧化锌（w-ZnO）,固态氩,氧化镁,石英（SiO2）,蓝宝石（Al2O3）,也有二维材料石墨烯,硒化镓,二硫化钼,等等。这些实验结果揭示了一系列与气体原子分子高次谐波不同的新现象。例如,固态氩的高次谐波谱呈现双平台结构;氧化锌晶体的高次谐波的截止频率与驱动激光场振幅呈线性依赖关系;石墨烯的高次谐波谱出现不寻常的椭偏率依赖关系等。本文利用半导体布洛赫方程,结合固体谐波的经典模型,理论研究强场超快激光与周期性晶体非线性相互作用过程中电子超快动力学操控。主要工作内容及取得成果如下:1.我们发现了带间跃迁的长短轨道干涉,并可用该效应来重构能带,我们还提出了双色激光场选择短轨道或者长轨道的方案。我们与韩国Kim教授实验组合作研究了蓝宝石（sapphire,Al2O3）作为靶材料的固体高次谐波。实验观察到,第7阶谐波随着入射光强的增加,会出现频谱展宽和分裂。通过我们的理论模拟,发现这种实验观测到的反常的劈裂,来自带间跃迁的长短轨道的干涉。频谱的展宽来自于激光波形的调制。长短轨道干涉反映了晶体内部阿秒时间尺度的电子动力学行为。我们还理论研究了 MgO晶体带间跃迁的长短轨道干涉,得到类似的干涉现象。由于该干涉机制极大的依赖晶体的能带结构,基于此我们提出了重构固体谐波的靶材料的能带,以及采用双色激光场选择短轨道或者长轨道的方案。通过叠加1个弱的相对强度为0.1的三倍频控制光,平台区和截止区的高次谐波产率能够被提高1个数量级。通过采用双色场选择长短轨道的方案,固体高次谐波也可成为孤立阿秒脉冲源。2.理论研究了应力应变调控固体高次谐波的方案,该方案可通过改变外部环境,显着提高谐波产率,改变谐波的时频特征。其一,我们比较了常用的四种应变（剪切应变,单轴应变,双轴应变和各项同性应变）对压电材料氧化锌的晶格常数、能带和跃迁偶极矩的影响。我们发现其能带和跃迁偶极矩对应变有很强的依赖关系。各向同性拉伸应变时,压电效应最显着。其二,我们比较了应变对固体高次谐波谱的影响。各向同性应变对谐波产率的提高要优于其他应变。在各向同性拉伸（压缩）应变下,谐波产率可以被很强的提高（抑制）。这是因为隧穿电离率对材料的能带带隙有指数依赖关系。在拉伸应变下,相较于无应变的氧化锌,谐波的截止频率几乎不变。另外,我们还发现在+3%双轴拉伸应变下,时域的谐波辐射显示出更小的啁啾,能够有效减小阿秒脉冲的半高全宽,可用于制备固态阿秒光源。3.我们与加拿大Legare实验组合作研究了铌酸锂（LiNbO3）的烧蚀对晶面角和双色场相位的依赖关系,发现烧蚀面积可做为宏观观测量反映激光场的相位特征及晶体的微观结构信息。实验结果表明,双色场相位每调制2π rad,LiNbO3晶体出现1个烧蚀面积极大值和1个极小值。将LiNbO3晶体样品的c轴相对激光偏振方向旋转180°情况下,出现完全相反的双色场相位依赖关系。我们理论模拟表明,LiNbO3晶体存在自发极化,当驱动光偏振方向和LiNbO3的自发极化方向一致时,带隙减小,电离几率增大。反之,当激光偏振方向和LiNbO3的自发极化反向的情况下,带隙增加,电离几率减小,导致旋转角度为0°和180°情况下,LiNbO3晶体的烧蚀面积呈现全相反的双色场相位依赖曲线。我们还研究了 y-cut和x-cut的铁电体LiNbO3烧蚀的晶面角的依赖关系。实验采用1800nm线偏振激光,测量飞秒激光作用下LiNbO3样品的光致烧蚀面积。在隧穿电离下,晶面角的取向和材料的晶体学对称性紧密联系。当LiNbO3样品的c轴绕着激光传播方向旋转,烧蚀面积呈现晶面角依赖关系。当激光偏振方向和Nb-O键平行时,烧蚀面积最大。密度泛函理论的计算表明Nb原子的4d轨道贡献费米面附近的导带,O原子的2p轨道贡献费米面附近的价带。当激光偏振方向沿着Nb-O化学键,电子沿着Nb-O键被有效电离和驱动。我们采用两带半导体布洛赫方程结合密度泛函理论,解释了实验测量的晶面角依赖的烧蚀。
刘士炜[4]（2020）在《激光场中粒子碰撞的经典轨道动力学研究》文中进行了进一步梳理自α粒子散射实验成功地揭示了“原子核式结构”以来,粒子碰撞逐渐成为人类认识与探索物质运动规律、相互作用以及它们的内部结构的重要思想与主要途径之一。在原子分子物理学中,人们主要是通过粒子碰撞进而研究原子分子的电离以及激发等的性质;在凝聚态物理学中则主要是利用电子衍射,中子衍射以及X射线晶体衍射等手段来获取晶体等的内部状态;而在高能物理领域,粒子碰撞也是人们用来探索与发现基本粒子组成的重要工具。近年来随着激光技术的飞速发展,特别是从上世纪八十年代的啁啾脉冲放大技术的产生与发展使得激光场所对应的电场可以轻易地与原子核对电子的库仑作用相比拟,如此强的激光场将会对粒子碰撞产生巨大的影响。一方面激光场的存在将影响电子或其他粒子与原子碰撞电离的散射截面;另一方面在激光与原子分子等的相互作用中,激光场驱动电子再碰撞过程产生的高次谐波等现象促进了阿秒科学等的快速发展。此外,激光辅助的核反应过程也是当前研究的主要热点问题。随着实验技术上的不断推陈致新,越来越多的新奇的物理现象需要理论研究来解释与描述。然而以量子力学为基础的理论方法在涉及多个粒子相互作用的多体计算中寸步难行,从牛顿力学规律出发的经典轨道蒙特卡罗方法由于其自身特点在多体计算中也有着诸多不足。因此,发展更为完善的理论计算方法用以描述实验观测现象背后的物理机制已是当前研究的重中之重。本文着眼于建立与改进经典轨道蒙特卡罗方法,围绕粒子碰撞的电离问题进行了一系列的有趣探索。我们致力于研究激光场中电子与原子碰撞、正电子与原子碰撞、原子本身电离电子的再碰撞以及氘氚核子的碰撞过程中的一些现象,其主要内容包括:一、我们通过利用两个Gaussian波包之间的平均Coulomb势构建两个电子之间的等效的相互作用势,来建立自旋相关的经典轨道蒙特卡罗方法并用以研究自旋标记电子与氢原子的碰撞过程。我们将模型的数值结果与现有实验数据以及量子力学的基准计算进行比较。对于近阈值能量范围内的电子与氢原子散射系统,我们验证了模型的合理性并系统研究了包括电离截面、自旋不对称度、电子角分布以及电子之间的能量分配等的物理量的相关性质,讨论了有关这些物理量的自旋相关的有趣预测,并给出了相应的典型轨迹。我们还将模型应用于激光辅助的电子与原子的碰撞,并提出了对强度为1011W/cm2的激光场进行电离自旋不对称度的有趣操控。我们期望该方法可以为多电子原子中的多重电离以及自旋依赖的激光辅助电离提供直观而可行的理论基础。二、通过改进经典轨道蒙特卡罗方法来研究正电子与氢原子碰撞的碎裂动力学过程,该方法是在传统的经典轨道模型的基础上引入Heisenberg势的量子修正。我们通过数值计算来澄清先前实验与理论中对着名的Wannier阈值定律指数的争议,得到的结果与量子力学计算类似。我们提出了一种用以研究逃逸电子和正电子的角分布和能量分配的关联谱,来可视化逃逸粒子能量分配的高度不平衡方式并与电子-氢原子碰撞系统的均匀的能量共享方式形成鲜明对比。通过分析不同碎裂通道的正电子和电子空间分布的快照图,我们区分了碎裂过程中的前向散射和背向散射发生的不同机理,我们还研究了激光辅助的正电子与氢原子碰撞,结果表明即使使用峰值强度低至1011W/cm2的激光脉冲,也可以有效调制各种通道的转变。三、通过改进的经典轨道蒙特卡罗方法研究激光与锂原子相互作用的三重电离。我们获得了锂原子稳定的基态构型的壳层结构并模拟了激光强度在1013W/cm2至1017W/cm2范围内的锂的总电离概率。通过绘制电离后Li3+离子的动量分布图来详细描述了锂原子序列三重电离与非序列三重电离的差异。根据Dalitz图中映射的三电子能量分布来阐释非序列三重电离的三种类型的再碰撞机制并看到了存在清晰的代表（e,3e）电子关联的能量分配方式。四、我们建立了一种半经典方法来研究激光场对氘氚碰撞的聚变截面的影响。我们将氘氚碰撞相对运动Hamilton量区分为三个不同区域,并对不同的区域分别进行处理。首先利用经典轨道模拟方法获得激光场中氘氚碰撞过程的最小相对距离,并将其近似地看成氘氚碰撞Coulomb势垒隧穿的转变点,然后通过Wentzel-Kramers-Brillouin方法描述隧穿过程,最后通过隧穿率获得相应的聚变截面。我们的结果表明强激光场通过“平均抖动”效应增大原子核的碰撞能量而显着增强Coulomb势垒贯穿来有效地改善聚变截面的主要机制。在本文最后我们总结了全文的研究内容,并对经典轨道蒙特卡罗方法的深入应用做了展望。
景文泉[5]（2020）在《用波函数分裂方法研究原子分子在强激光场中的阈上电离》文中指出随着激光技术的快速发展,人们可以利用飞秒激光以及阿秒脉冲与物质相互作用来探索物质的内部结构及其超快动力学过程。强激光场驱动物质发生的一些非线性光学现象引起了人们的广泛关注,譬如阈上电离（ATI）、高次谐波发射（HHG）和非序列双电离（NSDI）等。阈上电离是强场物理中一个重要的研究课题,在实验和理论上都取得了研究进展。本文基于半经典理论,通过数值求解模型原子、分子的含时薛定谔方程（TDSE）研究光电子能谱和动量分布。主要内容如下:（1）通过数值求解一维模型氢原子在啁啾激光场中的含时薛定谔方程,利用波函数分裂方法研究了氢原子阈上电离能谱对啁啾的依赖性。发现多光子电离和隧穿电离机制下光电子能谱明显的依赖于啁啾率,而单光子区的光电子能谱几乎不依赖于啁啾率。通过进一步分析得出,多光子电离光电子能谱的啁啾依赖来源于激发束缚态的贡献。在单光子电离区域,电子可以直接吸收单个光子从基态电离出去,因此激发束缚态的影响非常小。在隧穿电离区域,处于基态的电子有一定的几率穿过势垒发生电离,也有可能先被激发到某些中间激发束缚态上,然后再发生隧穿电离,光电子能谱对啁啾率的依赖由激光场和激发束缚态共同决定。（2）通过求解二维模型氢分子离子在椭圆偏振激光场中的含时薛定谔方程,采用波函数分裂方法理论研究了氢分子离子光电子动量分布对椭偏率、核间距、载波包络相位（CEP）和分子取向角的依赖性。在椭圆偏振激光场中,光电子动量分布的强度随着椭偏率的增大而增强、分布的范围也随之增大;在同一椭偏率下,发现光电子动量分布对核间距有一定的依赖性,通过对初始光电子动量分布分析,我们发现这种依赖是取决于初始光电子动量分布;通过改变载波包络相位,光电子动量分布的强度几乎没有变化,而光电子的发射角发生了明显的变化;另外,我们还研究了光电子动量分布对分子取向角的依赖,发现只要线性偏振激光场与分子轴的夹角不为零,则光电子动量分布并不依赖于分子取向,即总是沿着垂直分子轴的方向分布。
魏文青[6]（2019）在《基于等离子体快门的超强激光质子加速研究》文中研究说明与传统射频加速器相比,超强激光驱动的离子加速装置可以在微米（μm）尺度建立TV/m的加速场,使得加速距离大大缩短,有望建成“台面式加速器”。激光加速产生的离子束源具有发射度低、脉宽短和亮度高等优点,在质子照相、癌症治疗、温稠密物质产生和离子束驱动的快点火惯性约束核聚变等方面具有重要的应用价值。因此强激光驱动的离子加速在业界引起了广泛关注,人们在高能量、高品质离子束的产生和优化方面已进行了大量的理论和实验研究。近年来,激光强度的大幅度提升和制靶技术的快速发展,使得激光与等离子体相互作用研究进入了新的阶段,为新型离子加速机制（如Break-out Afterburner,BOA和辐射压加速）和新型辐射源（如高次谐波、x射线）等的研究提供了机遇的同时,也带来了新的挑战,其中亟待解决的是激光脉冲对比度问题,其根源在于激光预脉冲制约着激光与等离子体相互作用过程。因此,本论文主要围绕如何利用超薄纳米靶作为等离子体光学快门来提升激光脉冲对比度,并同时调控预等离子体空间密度分布,进而增强质子加速和优化质子束源品质来展开。论文主要包括以下四个方面:第一部分（第一章与第二章）简要介绍激光技术的发展历程、激光与等离子体相互作用的基本理论、离子加速机制以及相关的应用。然后回顾本论文研究工作中常用的实验方法和诊断手段,此外,重点介绍了激光预脉冲对离子加速的影响以及制靶和横向探针光搭建方面的工作。第二部分（第三章与第四章）提出利用超薄纳米靶与预脉冲作用来提升激光脉冲对比度,同时调制预等离子体空间密度分布的等离子体光学快门模型。首先,对等离子体快门的性能参数,包括激光能量透过率、透射激光脉冲时间波形、光谱和相位以及等离子体快门密度分布等进行了测量和优化。研究发现,等离子体快门对透射激光脉冲前沿和光谱有整形和调制作用,其效果依赖于快门靶的厚度。当快门靶较薄（≤50 nm）时,透射激光脉冲前沿陡化,脉宽变窄,大部分激光能量透过;当快门靶变厚时,透射激光脉冲光谱发生窄化,并且从长波处强度的明显抑制逐渐向短波处转移,而激光能量透过率基本上保持在40%。在此基础上,我们将等离子体快门放置于一质子源靶前,两者之间用几十微米的真空隔开,组成双层真空间隙靶构型。与单层参考靶相比,从双层靶获得的质子束发散角明显减小、通量密度更高。该结果与使用等离子体镜后的高对比度激光脉冲驱动质子束的空间强度分布和预等离子体密度分布类似。此外,我们解释了质子束发散角减小的原因,即自发辐射放大（ASE）预脉冲强度的减弱抑制了靶后表面变形,而靶前超热电子注入角的增大又使得靶后鞘层电场的空间强度分布更平滑。这一点得到了二维流体动力学模拟和粒子（PIC）模拟的佐证。随着快门靶厚度的增大,所获得的质子束最大能量随之提高,且在我们的实验条件下,束发散角保持不变。第三部分（第五章）利用等离子体快门,在大能量拍瓦皮秒激光装置上开展增强质子加速的研究。等离子体快门的引入,显着提高了质子最大截止能量和激光到质子的能量转化效率。随着快门靶厚度的增大,质子束能谱分布被调制,逐渐从平台谱结构过渡到指数分布。我们通过靶前、靶后x射线的发射情况和二维解析模型分析了最佳质子加速发生的条件,即在主激光到来之前,第一层快门靶在预脉冲作用下刚好膨胀到第二层质子源靶的前表面。质子加速效率的提升主要归因于被等离子体快门适度调控的预等离子体密度分布。这一点得到了一维流体动力学模拟的支持。此外,也证实了等离子体快门具有一定的普适性,这种级联的薄膜靶设计可以便捷推广到其它需要高对比度的激光等离子体物理研究中。第四部分（第六章）研究在初始高对比度激光条件下,通过引入可控飞秒预脉冲来调控基于等离子体快门的质子加速过程。我们在实验中观测到了两个空间分布均匀、发散角很小的质子束斑,分别沿着靶后法线方向和激光传输方向发射,并且这两团质子各自来源于第二层质子源靶和第一层快门靶。随着飞秒预脉冲强度的增大,激光传输方向的质子束通量密度逐渐强于靶后法线方向。初步分析是因为飞秒预脉冲的增强使得靶前预等离子体的分布从高密度小尺度转变到近临界密度大尺度,进而导致由以靶后法线鞘层加速机制主导过渡到以激光传输方向的加速机制（无碰撞冲击波加速或BOA）主导。来自双层真空间隙靶的反射光空间强度分布和透过等离子体快门的激光脉冲时间波形、光谱分布间接佐证了这一解释。内在的物理则需要更深入地理论分析和进一步的实验验证。
刘璐[7]（2018）在《周期性结构中强场辐射的电子超快动力学理论研究》文中认为强飞秒激光与原子、分子、凝聚态的相互作用蕴含着很多新的物理现象,是物理研究的前沿和重点。强场物理研究为人们探测和调控物质的超快动力学过程提供了强大的技术支持,具有重大的科学意义和应用价值。近年来,研究对象逐渐从原子分子向固体过渡。强激光场作用固体产生了极端非线性的电光学行为,实现了可以延伸到真空紫外和极远紫外区的固体高次谐波辐射,开启了固体强场物理研究的新时代。固体高次谐波不仅可以作为强阿秒脉冲源,还可以用于探测阿秒尺度电子-空穴超快动力学特性和固体能带结构信息。虽然固体高次谐波涌现了大量的实验和理论研究,但是由于不同于原子分子,晶体的高密度和周期性的结构特征使人们对于固体高次谐波产生机制的理解尚未明朗。本文在研究双原子分子高次谐波产生的基础上,提出了固体高次谐波产生在坐标空间的物理图像,深入探究了亚光学周期内固体中电子的瞬态动力学特性。利用双色场驱动固体辐射,探索了高次谐波和太赫兹波协同辐射的物理机制,实现了电子-空穴动力学的相干调控。本文的研究对于深入理解强场驱动固体量子相干辐射的微观动力学机制有重要意义。首先,使用强激光场驱动大核间距H2+产生高次谐波。空间非对称分布的吸收函数用于分辨不同电子轨迹对高次谐波谱的贡献。利用经典分析估算了不同轨迹辐射谐波的截止能量,并通过调节激光场的载波包络相位实现了对路径的调控。结果表明电子没有经过典型隧穿电离而直接从一个原子核迁移到邻近原子核主要贡献比较低阶的谐波谱,调控局域微场可以提高此类高次谐波辐射效率。该研究为调控多核链体系中高次谐波的辐射和电子超快动力学奠定了基础,为以后在实空间研究固体高次谐波的产生机制提供了理论支持。其次,研究了强激光场作用下固体周期性结构产生高次谐波的过程。分析了电子波包实空间相干特性对高次谐波的影响。将电子波包处理为局域万尼尔态,给出了电子在周期性结构中运动的轨迹分布,同时结合时频分析确定了不同晶格对高次谐波的局域化贡献,并通过调节激光场载波相位实现了对该局域化贡献的定位调控。提出了固体高次谐波产生在实空间的物理图像,发现谐波辐射能量正比于电子在实空间的迁移距离和辐射瞬时的激光场强。这一特性可以用于调控某个晶格对高次谐波谱特殊频段的贡献,对理解强场驱动固体量子相干辐射的微观动力学机制有重要意义。第三,使用半导体布洛赫方程研究了强场作用周期性结构时电子的动力学特性。用电子再散射模型估算了较低场强下辐射高次谐波的截止能量。高次谐波在较高场强作用下出现了第二个平台,结合电子时域密度分析和时频分析,发现第二个平台的谐波是由布洛赫振荡中穿越第一布里渊区边界发生布拉格反射的电子贡献的。研究表明布拉格反射电子在亚周期内的超快动力学时间响应要远短于再散射电子,由布拉格反射电子产生的高次谐波是超短阿秒脉冲的潜在来源。第四,使用双色场作用ZnO晶体,由于微弱倍频场的加入打破了电子波包的动态对称性,产生了太赫兹和偶次谐波的辐射。提出了ZnO晶体中太赫兹辐射的宏观电流模型,阐明了电子再散射过程中太赫兹波和高次谐波产生的统一物理图像。双色场的相位延迟的改变可以实现对电子动力学的相干调控,从而改变高次谐波和太赫兹波辐射的产额,进一步探索高次谐波和太赫兹波协同辐射的物理机制。同时发现太赫兹产额随着基频场强的增强而产生振荡,研究表明这是由带内电子在某些特定场强下产生的动态局域化引起的,这些特定场强就是零阶贝塞尔函数的零点。这一特性可以为实验中用晶体实现强太赫兹辐射提供理论指导。
董文朴[8]（2018）在《超短脉冲探测原子分子超快动力学研究》文中指出当激光场脉冲场强达到可以扭曲原子核库仑势的程度时,强激光场与原子分子相互作用会产生许多非线性现象,例如:高次谐波辐射、阈上电离和非次序双电离。尤其,亚飞秒周期脉冲场的产生,使得研究的激光场与物质相互作用的动力学过程可以缩短到几个飞秒甚至亚飞秒周期尺度。实现电子动力学的阿秒尺度探测和调控,对于科学技术的发展有着重要的意义。在本文工作中,我们利用阿秒脉冲以及少周期脉冲,研究学习了原子分子的超快动力学过程。首先,我们通过三能级绝热近似模型分析了近红外场缀饰下的原子阿秒瞬态吸收谱。从阿秒脉冲与系统准谐波辐射相干涉的角度,研究了延迟依赖的相干条纹特征。发现吸收谱中许多相干条纹特征可以归咎于相干相位差的改变。同时,发现暗态的边带辐射吸收特征与暗态在激光场诱导下的泵浦占据过程相关联。第二,我们把多组态含时Hartree-Fock方程应用到求解一维双电子问题中。为了测试应用和研究双电子关联动力学过程,研究了强场作用下He+离子的激发过程。模拟结果显示,随着场强的增强,He+离子的激发过程经历了从再碰撞激发到电场直接诱导激发的过程。同时再碰撞过程中产生的高次谐波显示了可以跟踪多电子电离动力学过程的能力。再者,我们研究了一维氢分子的再散射动力学过程。其中,假定在激光场偏振方向与分子轴平行的情况下,分析了分子核间距对再散射过程的影响。通过分析H2+离子产额随场强的变化,显示再散射过程强烈依赖于核间距的变化。另外,在较大的核间距下,提出用电子在核之间的迁移碰撞来解释H2+离子激发产额增加的现象。第三,我们通过含时密度泛函理论,对CO2分子的高次谐波过程进行第一原理模拟计算研究。其中使用线偏激光脉冲与分子相互作用,查看任意分子角度的高次谐波产生情况。计算结果显示了高次谐波中的动力学极小值分布不只依赖于激光场场强,而且还会受到不同轨道电离能差的影响。同时,计算结果还显示角度依赖的高次谐波谱受多轨道贡献影响。
吴婉阳[9]（2018）在《强激光驱动的原子、分子、真空的电离》文中指出自从锁模技术和啁啾脉冲放大技术发明以来,超短超强激光技术已逐渐成熟。超短超强激光广泛应用于生物学、化学、材料学、医学以及物理学。在物理学领域,现代的超短超强激光允许我们在阿秒时间尺度上研究微观世界中的超快过程,同时把对光与物质相互作用的研究推到前所未有的强度级别。中等强度激光对应的电场强度和原子分子中最外层电子的库伦电场量级相同,因此原子分子在激光场的作用下发生电离,产生自由电子和离子。电离过程是原子分子物理中众多研究方向的核心,这些研究方向包括高次谐波的产生、非次序双电离、电子抖落电离和抖落激发等。我们可以通过实时控制电子的运动来操控包括上述几个过程在内的广泛的超快动力学过程。传统意义上研究光与物质相互作用主要是研究原子、分子、等离子体在外场中的响应。然而随着高速发展的激光技术,如今激光的峰值强度已经超过了10222 W/cm2,同时随着世界上各大超强激光装置例如ELI,XCELS,HiPER等的建设,10266 W/cm2量级的激光强度也已不再遥不可及。超强的激光脉冲将打开研究QED过程的大门,当外场强度达到施温格阈值（～10299 W/cm2）时,真空将被击穿,产生电子和正电子。本论文主要研究了超短超强激光作用下的两个不同方向的物理过程,其一是中等强度（～10155 W/cm2）的飞秒或亚飞秒激光与原子分子的相互作用,其二是超强激光导致的真空电离。除绪论以外本文论述的主要内容为:第一部分我们介绍了外场与原子分子和真空相互作用的各种数值和解析的方法。为了处理原子分子在激光场中的动力学行为,我们引入了含时薛定谔方程及其对应的含时微扰解、强场近似解、以及基于第一性原理的数值解法。为了处理真空的电离和正负电子对的产生,我们介绍了计算量子场论,以及含时狄拉克方程的微扰近似解和准确的数值解。第二部分我们研究了原子在强场中的电离,包括氦离子的单电离和氦原子的双电离两方面的工作。第一个工作研究了双色XUV激光场驱动的氦离子中两个单电离通道的干涉,我们观察到不对称的光电子动量谱,同时发现干涉极小值的位置强烈地依赖于激光场的载波相位、光子能量、强度、脉宽以及旋转方向。当其中一束激光场的光子能量等于氦离子基态和第一激发态之间的能级差,通过增加该激光场的强度或脉冲宽度,基态和第一激发态之间将形成拉比振荡,我们研究了拉比振荡对单电离通道干涉的影响。第二个工作研究了EUV激光和一束超短IR激光的组合场作用下氦原子中的次序双电离和非次序双电离。设置组合场中两束激光的延迟使EUV激光位于IR激光场的峰值以后,次序双电离和非次序双电离的电子可能具有相同的末态动量,此时电子联合动量谱将呈现新奇的干涉结构。第三部分我们以氢分子为作用对象研究了分子在强场中的电离。第一个工作关注固定原子核时氢分子单电离过程中的电子-电子关联,分别讨论了XUV激光场和IR激光场作用于氢分子时束缚态电子的响应。数值结果显示当氢分子的第一个电子发生隧穿电离时,电离过程中两个电子的关联非常强烈,此时束缚态电子有足够的时间来适应新的基态H2+的势。尤其是在激光场偏振方向和分子轴方向相互垂直时,相互作用后氢分子离子几乎都处在H2+的基态。然而,在单光子单电离事件中,上述的这种关联可以忽略不计,电离以后氢分子离子有很大的概率处于第一激发态。第二个工作研究了第一个电子电离以后氢分子离子的原子核运动对高次谐波相位的影响,原子核质量的不同使氘分子和氢分子的高次谐波存在稳定的相对相位差,通过谐波实部和虚部的空间密度分布,可以分析相位差产生的原因。第四部分讨论了强激光中真空的电离以及正负电子对的产生。数值求解含时狄拉克方程可以得到激光场作用于真空时正负电子对的产生率。正负电子对产生机制可以根据参数η（=ωc/E）的值进行区分,这里E和ω分别是外场的幅度和频率,c是光速。η?1的区域被认为是准静态区域,产生正负电子对的机制主要是隧穿。同时,当η?1时,外场的作用可以使用微扰理论描述,产生正负电子对的机制是多光子吸收。数值计算得到的产率可以认为是准确的产率,允许我们在广泛的参数范围内与基于各种近似理论得到的解析公式的值进行比较。如果E/c3和ω/c2这两个参数都小于1或者参数η远小于1,基于WKB近似的解析公式预测的产率和真实的产率较符合。在多光子吸收区域,微扰解和准确的产率值符合得很好,然而基于WKB理论的解析公式将失效。在最有趣的中间区域,即η～1时,只有数值求解狄拉克方程能得到可信的正负电子对产率。此外,我们通过观测随时间演化的总粒子数目以及电子和正电子的空间密度分布来分析真空中产生正负电子对的动力学特征。
崔森[10]（2017）在《数值模拟超短激光脉冲作用下原子分子的电离》文中研究表明超强超短激光技术是现代物理学研究不可或缺的有力工具,随着激光技术的不断发展,它使得我们研究原子、分子内部的超快动力学过程成为可能。而原子、分子在超强超短激光脉冲作用下的场致电离作为最基础、最重要的强场物理现象之一,对其电离机制的研究一直是大家研究的热门课题。如今,我们已经成功的解释了多光子电离、阈上电离、隧穿电离、越垒电离等不同形式的电离过程。并且探测到电离后续发生的高次谐波的产生、非时序双电离、俄歇电子电离等复杂物理过程。这些有趣的现象不断吸引着科研工作者的目光,向大家提出新的挑战,进一步促进着强场物理学的发展。近几年,我们对强场电离现象的研究逐渐趋向于小分子甚至复杂分子的情况,由于分子更加复杂的结构特点,它们在超短激光脉冲作用下必将出现更多新奇的物理现象。作为研究强场电离最经典的理论之一,强场近似理论模型一出现便为大家提供了研究激光与物质相互作用的便捷方法。它在求解含时薛定谔方程的基础上采用合理近似,直观的描述了强场电离的本质并得到了解析解形式。另外,强场近似理论的众多拓展模型,更是在不同条件下对自身进行了修正,使得强场近似理论的准确性更高、适用性更广。本文正是利用强场近似理论,研究了多种原子、分子在超强超短激光脉冲作用下的电离动力学过程。使用优化后的计算模型进行数值模拟,同时通过分析电离光电子动量谱信息,首次从时间演化的角度阐释了光电子动量形成的过程,并且进行了阿秒脉冲链中相邻阿秒激光脉冲载波相位的测量以及对分子轨道结构进行成像等,主要工作如下:1、利用强场近似理论,我们研究了在单色超短激光脉冲作用下氢原子电离动量谱的时间演化过程。通过分析电离光电子动量谱随时间的演化过程,成功的解释了电子如何逐渐分辨出激光场的频率成分,并最终形成了相应的阈上电离能谱峰值结构。在分析了氢原子与不同形式的激光场相互作用产生的光电子动量谱后,我们发现,在激光场与原子相互作用的任意时刻,电子都会吸收所有可能的能量成分发生电离,并且构成一个很宽的动量谱分布。但是随着激光场与原子相互作用时间的推移,所有之前时间里的电离事件将会相干叠加在一起,只留下能量大小为nω-Ip的成分,即爱因斯坦光量子理论给出的能量值。其中Ip为氢原子的电离能,ω为光子的能量大小,n则是电子吸收的光子数目,是一个正整数。另外,我们通过追踪随时间演化的能谱,验证了海森堡不确定性原理,同时也直观的给出了再散射电离的电子与直接电离的电子动量谱结构上的区别。2、我们利用强场近似理论,研究了中红外激光脉冲与阿秒激光脉冲链叠加场共同作用下,氢原子的电离动量谱分布特点。在这种叠加场中,阿秒激光脉冲链产生的光电子信号将会受到中红外激光脉冲的调制。当中红外激光脉冲强度较弱时,由它导致的电离信号可以忽略。这时随着中红外激光脉冲强度的变化,阿秒激光脉冲链产生的电离信号在动量空间上的相对位置会随之改变,它们的干涉结构也会发生明显变化。经过理论推导,我们发现这些干涉结构的中心是由“Volkov”相位决定的。然而当中红外激光脉冲强度很强时,由于隧穿电离的非线性特性,阿秒激光脉冲对中红外激光场电场强度的微小改变,将会在隧穿电离信号上被指数级放大。这就使得阿秒激光脉冲的载波相位,可以直接影响叠加场中电离光电子动量角分布的结构。我们也因此可以从电离光电子动量的角分布中,提取出阿秒激光脉冲链相邻阿秒激光脉冲的载波相位信息。3、我们将现有的强场近似理论与量子化学计算软件MOLPRO结合,使得强场近似理论模型得以应用到复杂分子的电离动量谱模拟中。首先,我们用MOLPRO计算得到分子轨道中电子波函数的空间分布,并用这一空间分布代替强场近似理论中的基态波函数;之后将强场近似理论中跃迁矩阵元的空间积分部分用数值积分直接求解,这种改进使得强场近似理论有着更广泛的适用性和更高的准确度。利用这一衍生模型,我们分别计算了乙炔分子HOMO轨道和HOMO-1轨道电离光电子动量分布。并利用乙炔分子电离光电子动量分布对HOMO轨道和HOMO-1轨道进行了成像。进一步的,我们将这一衍生模型推广到了双原子分子体系的库伦近似修正理论中,在考虑了库伦势对电离光电子末态波函数的影响后,我们对氢分子离子的电离动量谱模拟结果进行了修正,同时也尝试得到了氧气分子电离光电子动量分布。
二、一维原子模型在超强激光场的电离（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、一维原子模型在超强激光场的电离（论文提纲范文）
（1）少周期双色圆偏振光场中Ar原子非次序双电离研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 从光电效应到强场物理 |
| 1.2 强激光与物质相互作用的基本物理现象 |
| 1.2.1 多光子电离与阈上电离 |
| 1.2.2 隧穿电离和越垒电离 |
| 1.2.3 次序和非次序双电离 |
| 1.3 强场中非次序双电离动力学过程 |
| 1.3.1 非次序双电离现象的发现 |
| 1.3.2 非次序双电离的再碰撞模型 |
| 1.3.3 非次序双电离的研究进展 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第2章 三维经典系综模型 |
| 第3章 少周期双色圆偏场中Ar原子非次序双电离对相对相位的依赖 |
| 3.1 研究动机 |
| 3.2 激光参数 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 不同相对相位的Ar原子非次序双电离 |
| 3.3.2 相对相位对自由电子返回角度的调控 |
| 3.3.3 相对相位对Ar原子双电离机制的调控 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 总结与展望 |
| 4.1 总结 |
| 4.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间发表的论文 |
（2）超强激光脉冲作用下原子分子光电离中的动态干涉理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 光电效应 |
| 1.2 激光技术的发展历程 |
| 1.3 激光场中的电子动力学过程 |
| 1.4 原子稳定化 |
| 1.5 动态干涉原理 |
| 1.6 本论文的主要工作 |
| 第2章 理论方法 |
| 2.1 含时薛定谔方程(TDSE) |
| 2.2 激光场数学表达 |
| 2.2.1 激光场的规范 |
| 2.2.2 激光场的啁啾形式 |
| 2.3 原子分子势能模型 |
| 2.3.1 氢原子 |
| 2.3.2 氢分子离子 |
| 2.4 求解含时薛定谔方程 |
| 第3章 高频激光超短脉冲作用下基态氢原子的动态干涉 |
| 3.1 超强激光超短脉冲作用下的动态干涉 |
| 3.2 啁啾脉冲对动态干涉的影响 |
| 3.3 不同啁啾形式对动态干涉的影响 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 高频超强超短脉冲作用下氢分子离子动量谱研究 |
| 4.1 氢分子离子理论模型 |
| 4.2 激光参数依赖 |
| 4.2.1 激光强度 |
| 4.2.2 激光频率 |
| 4.2.3 激光脉冲宽度 |
| 4.3 分子核间距 |
| 4.4 分子取向 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间的科研成果 |
| 致谢 |
（3）固体高次谐波辐射过程中电子超快动力学操控的理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 超快超强激光技术进展 |
| 1.1.1 激光原理 |
| 1.1.2 超快激光 |
| 1.1.3 超强激光 |
| 1.1.4 啁啾脉冲放大技术 |
| 1.1.5 光参量振荡器 |
| 1.1.6 光参量啁啾脉冲放大技术 |
| 1.1.7 高次谐波产生及阿秒脉冲制备技术 |
| 1.2 原子分子强场物理 |
| 1.2.1 基本概念 |
| 1.2.2 强场动力学 |
| 1.2.3 高次谐波谱 |
| 1.3 固体强场物理 |
| 1.3.1 固体的强场电离 |
| 1.3.2 固体高次谐波过程的物理机制 |
| 1.3.3 固体高次谐波研究进展 |
| 第2章 理论方法 |
| 2.1 原子分子体系的高次谐波理论模型 |
| 2.1.1 经典三步模型 |
| 2.1.2 强场近似模型 |
| 2.1.3 数值求解含时薛定谔方程 |
| 2.2 固体体系高次谐波的理论模型 |
| 2.2.1 固体体系数值求解含时薛定谔方程 |
| 2.2.2 半导体布洛赫方程 |
| 2.2.3 Keldysh固体电离模型 |
| 2.2.4 密度泛函理论 |
| 第3章 固体高次谐波辐射的量子轨道的干涉和控制 |
| 3.1 Al_2O_3晶体中高次谐波辐射的量子轨道的干涉 |
| 3.1.1 固体谐波长短轨道的物理图像 |
| 3.1.2 固体谐波场强的依赖关系 |
| 3.1.3 半导体布洛赫方程 |
| 3.1.4 长短轨道相干叠加 |
| 3.1.5 退相时间的影响 |
| 3.1.6 半高全宽的影响 |
| 3.1.7 计算细节 |
| 3.1.8 结论 |
| 3.2 MgO晶体中高次谐波辐射的量子轨道的干涉和控制 |
| 3.2.1 量子轨道干涉的研究背景 |
| 3.2.2 带间跃迁的长短轨道干涉的物理图像 |
| 3.2.3 场强依赖关系和干涉引起的极小值 |
| 3.2.4 能带结构重构 |
| 3.2.5 带间跃迁的量子轨道的选择 |
| 3.2.6 双色场增强谐波产率 |
| 3.2.7 双色场合成阿秒脉冲 |
| 3.2.8 密度泛函理论计算 |
| 3.2.9 多能带对长短轨道干涉的影响:三带模型的计算结果 |
| 3.2.10 结论 |
| 第4章 应力应变对固体高次谐波的影响 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 理论方法 |
| 4.3 应变对能带结构和晶胞几何构型的影响 |
| 4.4 半导体布洛赫方程采用的参数 |
| 4.5 原子轨道投影的能带 |
| 4.6 拉伸应变下w-ZnO晶体的谐波产率增强 |
| 4.7 应变对高次谐波时域辐射的影响 |
| 4.8 应变对带内跃迁和带间跃迁相对贡献的影响 |
| 4.9 结论 |
| 第5章 铌酸锂的强场电离 |
| 5.1 双色场相位对铌酸锂的强场电离的影响:自发极化效应 |
| 5.1.1 研究背景 |
| 5.1.2 实验中的激光能流估算和双色场相位影响的测量 |
| 5.1.3 计算模拟 |
| 5.1.4 数值计算参数及细节 |
| 5.1.5 结论 |
| 5.2 晶面角对铌酸锂的强场电离的影响 |
| 5.2.1 研究背景 |
| 5.2.2 实验的测量 |
| 5.2.3 烧蚀面积对晶面角的依赖关系 |
| 5.2.4 晶体学分析 |
| 5.2.5 态密度分析和成键取向角分析 |
| 5.2.6 晶面角依赖的导带布居数 |
| 5.2.7 计算细节 |
| 5.2.8 结论 |
| 第6章 总结和展望 |
| 附录A 半导体布洛赫方程的推导 |
| A.1 在均匀电场中的布洛赫电子 |
| A.2 密度矩阵方程 |
| A.3 数值求解半导体布洛赫方程 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 致谢 |
（4）激光场中粒子碰撞的经典轨道动力学研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 粒子碰撞是认识物理世界的重要手段 |
| 1.1.1 α粒子散射实验及其发展 |
| 1.1.2 中子散射实验认识晶格结构 |
| 1.1.3 高能粒子碰撞 |
| 1.1.4 粒子碰撞的重要应用 |
| 1.2 粒子碰撞的一些进展 |
| 1.2.1 具有自旋分辨的粒子碰撞 |
| 1.2.2 反粒子碰撞 |
| 1.2.3 激光驱动的粒子碰撞 |
| 1.3 经典轨道模拟是研究粒子碰撞的重要手段 |
| 1.3.1 经典轨道蒙特卡罗模拟方法及其改进 |
| 1.3.2 激光场中粒子碰撞的经典方法 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第2章 自旋标记电子与氢原子碰撞及激光场的辅助效应 |
| 2.1 物理问题描述 |
| 2.2 自旋相关的经典轨道动力学模型 |
| 2.2.1 经典方法中的电子间相互作用的交换关联修正 |
| 2.2.2 自旋标记电子与氢原子系统的哈密顿量 |
| 2.3 电子与氢原子碰撞的电离截面 |
| 2.4 电离电子的角度分布与能量分配 |
| 2.5 激光辅助电子与氢原子的碰撞 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 正电子与氢原子碰撞经典动力学 |
| 3.1 物理问题描述 |
| 3.2 正电子与氢原子系统的经典轨道模型 |
| 3.3 电离截面与Wannier定律 |
| 3.4 正电子与氢原子碰撞的碎裂动力学过程 |
| 3.5 激光场对正电子与氢原子碰撞的三体碎裂过程的调制 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 强激光场中电子再碰撞导致的多重电离 |
| 4.1 再碰撞与多重电离 |
| 4.2 激光与原子相互作用经典轨道动力学模型 |
| 4.3 强激光场中锂原子的三重电离 |
| 4.3.1 锂原子的序列三重电离与非序列三重电离的动量谱比较 |
| 4.3.2 锂原子发生三重电离的电子的能量分配 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 强激光场中的氘氚离子碰撞 |
| 5.1 强激光场中的轻核聚变问题概述 |
| 5.2 外电磁场下氘氚碰撞的半经典理论模型 |
| 5.3 强激光场对氘氚聚变截面的影响 |
| 5.3.1 一维模型结果 |
| 5.3.2 三维模型结果 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录A 原子单位制 |
| 附录B 两电子间相互作用的交换关联 |
| 发表的学术论文与研究成果 |
（5）用波函数分裂方法研究原子分子在强激光场中的阈上电离（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 激光的产生及发展过程 |
| 1.2 原子在强激光场中的电离机制 |
| 1.2.1 Keldysh理论 |
| 1.2.2 多光子电离(MPI) |
| 1.2.3 阈上电离(ATI) |
| 1.2.4 隧穿电离(TI) |
| 1.3 阈上电离的物理机制 |
| 1.4 阈上电离的研究意义 |
| 1.5 论文的主要内容 |
| 参考文献 |
| 第2章 强激光与物质相互作用的基本理论和方法 |
| 2.1 强激光与物质相互作用的基本理论 |
| 2.2 原子在强激光场中的含时薛定谔方程概述 |
| 2.3 分裂算符方法 |
| 2.4 初始波函数的确定 |
| 2.4.1 虚时间演化方法 |
| 2.4.2 对角化方法 |
| 2.5 可观测物理量的计算 |
| 2.5.1 高次谐波谱 |
| 2.5.2 光电子能谱 |
| 2.5.3 总电离几率 |
| 参考文献 |
| 第3章 一维模型氢原子在啁啾激光场中的阈上电离 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 理论方法 |
| 3.2.1 分区法 |
| 3.2.2 波函数分裂方法 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 多光子电离 |
| 3.3.2 单光子电离 |
| 3.3.3 隧穿电离 |
| 3.4 结论 |
| 参考文献 |
| 第4章 氢分子离子在椭圆偏振激光场中的光电子动量分布 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 理论方法 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.4 结论 |
| 参考文献 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果 |
（6）基于等离子体快门的超强激光质子加速研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 超短超强激光技术的发展 |
| 1.3 激光与等离子体相互作用基本理论 |
| 1.3.1 等离子体的基本概念 |
| 1.3.2 激光与电子的相互作用 |
| 1.4 激光驱动的离子加速 |
| 1.4.1 靶后法线鞘层加速(TNSA) |
| 1.4.2 辐射压加速(RPA) |
| 1.4.3 无碰撞冲击波加速(CSA) |
| 1.4.4 BOA加速 |
| 1.5 激光驱动离子束的应用 |
| 1.5.1 质子照相 |
| 1.5.2 肿瘤治疗 |
| 1.5.3 温稠密物质的产生 |
| 1.5.4 快点火惯性约束核聚变 |
| 1.5.5 核物理领域 |
| 1.6 本章小结 |
| 第二章 实验方法与诊断 |
| 2.1 高功率激光装置 |
| 2.1.1 200 TW飞秒激光装置 |
| 2.1.2 SG-II-U皮秒拍瓦激光装置 |
| 2.2 激光预脉冲和脉冲对比度提升 |
| 2.2.1 激光预脉冲 |
| 2.2.2 等离子体镜 |
| 2.3 靶的制作与表征 |
| 2.4 激光等离子体诊断方法 |
| 2.4.1 离子空间强度分布:RCF堆栈 |
| 2.4.2 离子能谱:汤姆逊离子谱仪 |
| 2.4.3 横向探针光 |
| 2.4.4 其它诊断方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 等离子体光学快门的优化研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 等离子体光学快门模型 |
| 3.3 等离子体光学快门的参数测量与优化 |
| 3.3.1 激光能量透过率 |
| 3.3.2 反射光空间强度分布 |
| 3.3.3 激光脉冲的时间波形和光谱 |
| 3.3.4 等离子体快门的密度分布 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 运用等离子体快门提升激光脉冲对比度的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 双层真空间隙靶的流体模拟 |
| 4.3 质子加速验证实验 |
| 4.3.1 实验布局 |
| 4.3.2 实验结果与讨论 |
| 4.3.3 PIC模拟 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 运用等离子体快门增强质子加速的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验布局 |
| 5.3 实验结果与讨论 |
| 5.3.1 质子能谱分布随快门靶厚度的变化关系 |
| 5.3.2 质子最大能量和能量转换效率随快门靶厚度的变化关系 |
| 5.3.3 x-ray发射情况 |
| 5.4 解析模型与流体模拟 |
| 5.4.1 解析模型 |
| 5.4.2 流体模拟 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 飞秒预脉冲调控质子加速的研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验布局 |
| 6.3 实验结果与讨论 |
| 6.3.1 不同预脉冲强度对质子束空间强度分布的影响 |
| 6.3.2 不同预脉冲强度对反射光空间强度分布的影响 |
| 6.3.3 不同预脉冲强度对透射光谱的影响 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结和展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 攻读学位期间申请的专利 |
（7）周期性结构中强场辐射的电子超快动力学理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号列表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 强场电离 |
| 1.3 原子分子高次谐波 |
| 1.4 固体高次谐波 |
| 1.4.1 固体高次谐波的产生机制 |
| 1.4.2 固体高次谐波成像电子结构 |
| 1.4.3 固体高次谐波探测电子超快动力学 |
| 1.5 太赫兹辐射 |
| 1.6 理论方法现状 |
| 1.7 本文研究内容 |
| 第二章 理论方法 |
| 2.1 理论基础 |
| 2.1.1 能带理论 |
| 2.1.2 布洛赫振荡和万尼尔-斯塔克阶梯 |
| 2.1.3 强场物理中电磁场的描述 |
| 2.2 第一原理方法 |
| 2.2.1 坐标空间含时薛定谔方程 |
| 2.2.2 动量空间含时薛定谔方程 |
| 2.3 理论模型方法 |
| 2.3.1 半导体布洛赫方程 |
| 2.3.2 固体高次谐波产生的半经典模型 |
| 第三章 局域微场增强的高次谐波产生及其电子动力学 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 理论方法 |
| 3.3 结果讨论 |
| 3.3.1 非对称吸收函数识别不同路径对高次谐波的贡献 |
| 3.3.2 CEP调控局域电子波包路径 |
| 3.3.3 局域微场增强高次谐波产生的效率 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 固体周期性结构中高次谐波产生空间相干特性研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 理论方法 |
| 4.3 结果和讨论 |
| 4.3.1 固体二能级体系中高次谐波的产生 |
| 4.3.2 全能带相干计算 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 布里渊区边界散射电子的超快动力学对高次谐波的贡献 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 理论方法 |
| 5.3 结果和讨论 |
| 5.3.1 再散射电子动力学及其产生的高次谐波 |
| 5.3.2 布里渊区边界布拉格反射电子动力学及其产生的高次谐波 |
| 5.3.3 双色场调控布拉格反射电子动力学产生超短阿秒脉冲 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 双色场驱动ZnO产生太赫兹与高次谐波的理论研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 理论方法 |
| 6.3 结果讨论 |
| 6.3.1 双色场驱动ZnO辐射太赫兹与偶次谐波 |
| 6.3.2 固体中太赫兹产生的光电流模型 |
| 6.3.3 太赫兹产额随基频场强的调制与布洛赫振荡和动态局域化的关系 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
| 附录 A 原子单位制 |
（8）超短脉冲探测原子分子超快动力学研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 超快探测激光脉冲的发展 |
| 1.1.1 超强超短脉冲的发展 |
| 1.1.2 阿秒脉冲的诞生 |
| 1.2 原子分子中强场超快动力学过程 |
| 1.2.1 阿秒分辨的超快动力学过程 |
| 1.2.2 电子关联超快动力学现象 |
| 1.3 理论模型方法 |
| 1.3.1 强场理论模型 |
| 1.3.2 多电子第一原理方法 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 第二章 理论方法 |
| 2.1 求解含时Schr?dinger方程 |
| 2.1.1 含时Schr?dinger方程的引入 |
| 2.1.2 分裂算符法求解含时Schr?dinger方程 |
| 2.1.3 基于伪谱方法求解含时Schr?dinger方程 |
| 2.1.4 多组态方法求解含时Schr?dinger方程 |
| 2.1.5 含时密度泛函方法 |
| 2.2 理论模型方法 |
| 2.2.1 瞬态吸收近似计算 |
| 2.2.2 二能级系统与绝热近似 |
| 2.2.3 强场近似高次谐波模型 |
| 第三章 氦原子超快动力学过程的阿秒调控分析 |
| 3.1 氦原子阿秒瞬态吸收谱周期性调控分析 |
| 3.1.1 理论方法 |
| 3.1.2 阿秒瞬态吸收谱的三能级绝热分析 |
| 3.2 氦原子高次谐波的阿秒脉冲泵浦探测研究 |
| 3.2.1 计算模拟参数 |
| 3.2.2 计算结果分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 少周期场驱动双电子体系电子关联动力学研究 |
| 4.1 一维双电子MCTDHF方程 |
| 4.2 MCTDHF方法模拟一维He原子的自电离态瞬态吸收谱 |
| 4.3 在强场中一维He~+离子的关联激发过程 |
| 4.3.1 计算离子激发态方法 |
| 4.3.2 占据分布以及高次谐波辐射过程 |
| 4.3.3 再碰撞电离与再碰撞激发过程对比 |
| 4.3.4 周期内的再碰撞激发动力学过程 |
| 4.4 一维氢分子模型在强激光场中的离子激发动力学 |
| 4.4.1 一维氢分子模拟计算方法 |
| 4.4.2 结果和讨论 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 TDDFT模拟计算CO_2高次谐波产生过程 |
| 5.1 CO_2高次谐波产生的计算模拟 |
| 5.1.1 计算模拟参数选择 |
| 5.1.2 CO_2高次谐波模拟结果分析 |
| 5.2 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（9）强激光驱动的原子、分子、真空的电离（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 激光技术发展简介 |
| 1.3 强激光场中的原子 |
| 1.3.1 从多光子电离到隧穿电离 |
| 1.3.2 三步模型与高次谐波的产生 |
| 1.3.3 双电离中的电子关联 |
| 1.4 强激光场中的分子 |
| 1.4.1 双中心干涉效应 |
| 1.4.2 利用高次谐波实现分子轨道成像 |
| 1.5 强激光场中的真空 |
| 1.5.1 量子电动力学 |
| 1.5.2 真空中电子对产生机制 |
| 1.6 论文主要内容简介 |
| 第二章 激光作用于原子分子以及真空的基本理论方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 含时微扰理论 |
| 2.2.1 含时微扰应用于薛定谔方程 |
| 2.2.2 含时微扰应用于狄拉克方程 |
| 2.3 数值求解含时薛定谔方程 |
| 2.3.1 波函数的传播 |
| 2.3.2 基态波函数的确定 |
| 2.3.3 波函数传播的并行解法 |
| 2.4 数值求解含时狄拉克方程 |
| 2.4.1 计算量子场论 |
| 2.4.2 劈裂算符法求解含时狄拉克方程 |
| 2.5 强场近似理论 |
| 第三章 强场中氦离子与氦原子的电离 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 双色XUV场作用下氦离子动量谱的不对称性 |
| 3.2.1 背景介绍 |
| 3.2.2 理论方法 |
| 3.2.3 氦离子的动量谱和电离率 |
| 3.2.4 拉比振荡对电离通道干涉的影响 |
| 3.2.5 小结 |
| 3.3 超短中红外和极紫外组合激光场中氦原子的双电离 |
| 3.3.1 背景介绍 |
| 3.3.2 理论方法 |
| 3.3.3 数值结果 |
| 3.3.4 小结 |
| 3.4 本章总结 |
| 第四章 强场中氢分子的电离 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 固定原子核下氢分子单电离过程中的电子关联 |
| 4.2.1 背景介绍 |
| 4.2.2 理论方法 |
| 4.2.3 单光子单电离过程中的电子关联作用 |
| 4.2.4 隧穿电离过程中的电子关联作用 |
| 4.2.5 小结 |
| 4.3 原子核的质量对高次谐波相位的影响 |
| 4.3.1 背景介绍 |
| 4.3.2 理论方法 |
| 4.3.3 数值结果 |
| 4.3.4 小结 |
| 4.4 本章总结 |
| 第五章 强场中真空的电离 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 理论方法 |
| 5.3 正负电子对产生率随场强和频率的变化 |
| 5.4 正负电子对产生过程中的动力学行为 |
| 5.4.1 隧穿区域 |
| 5.4.2 单光子区域 |
| 5.4.3 中间状态(η=1) |
| 5.5 本章总结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
（10）数值模拟超短激光脉冲作用下原子分子的电离（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 超强超短激光技术发展简介 |
| 1.3 超强超短激光条件下的电离机制 |
| 1.3.1 多光子电离 |
| 1.3.2 阈上电离 |
| 1.3.3 遂穿电离 |
| 1.3.4 越垒电离 |
| 1.4 高次谐波的产生及应用 |
| 1.4.1 高次谐波的发现 |
| 1.4.2 高次谐波的产生机制 |
| 1.4.3 高次谐波在现代物理中的应用 |
| 1.5 非时序双电离现象的研究 |
| 1.5.1 非时序双电离信号的特点 |
| 1.5.2 非时序双电离过程的理论解释 |
| 1.6 论文主要内容简介 |
| 第二章 激光与物质相互作用研究中的基本理论方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 含时薛定谔方程 |
| 2.2.1 一维含时薛定谔方程的求解 |
| 2.3 ADK电离理论体系的发展 |
| 2.3.1 朗道电离理论 |
| 2.3.2 PPT电离理论 |
| 2.3.3 ADK电离理论 |
| 2.3.4 MO-ADK电离理论 |
| 2.4 强场近似理论 |
| 2.4.1 强场近似理论基本模型 |
| 2.4.2 具体激光脉冲形式下强场近似理论的推导 |
| 2.4.3 H原子阈上电离中的强场近似理论 |
| 2.4.4 H_2~+分子离子阈上电离中的强场近似理论 |
| 2.5 Coulomb-Volkov近似理论 |
| 2.5.1 速度规范条件下H原子电离的CVA理论推导 |
| 2.5.2 长度规范条件下H原子电离的CVA理论推导 |
| 2.5.3 H_2~+分子离子电离的CVA理论推导(TCC) |
| 2.6 MOLPRO化学软件相关计算 |
| 第三章 单色场作用下氢原子电离动量谱的形成 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 理论方法 |
| 3.3 不同激光场作用下氢原子电离动量谱的形成 |
| 3.3.1 连续UV激光脉冲作用下氢原子的电离动量谱 |
| 3.3.2 阿秒激光脉冲链作用下氢原子的电离动量谱 |
| 3.3.3 红外激光脉冲作用下氢原子的电离动量谱 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 叠加场作用下氢原子电离动量谱的调制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 理论方法 |
| 4.3 中红外激光脉冲强度对光电子动量分布的影响 |
| 4.3.1 弱中红外激光脉冲对光电子动量分布的调制 |
| 4.3.2 强中红外激光脉冲对光电子动量分布的影响 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 复杂分子在超短激光脉冲作用下的电离与轨道成像 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 理论方法 |
| 5.2.1 分子轨道成像模型介绍 |
| 5.2.2 理论模型的具体应用 |
| 5.3 乙炔分子轨道结构成像 |
| 5.3.1 乙炔分子电离光电子动量分布的计算 |
| 5.3.2 利用光电子动量分布对分子轨道成像 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 库伦修正在双中心分子电离中的应用 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 理论方法 |
| 6.2.1 Coulomb-Volkov近似理论简介 |
| 6.2.2 TCC近似理论简介 |
| 6.2.3 对TCC近似理论的改进 |
| 6.3 改进后的TCC理论模拟结果和讨论 |
| 6.4 小结 |
| 第七章 总结和展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 附录A 主要程序源代码 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
四、一维原子模型在超强激光场的电离（论文参考文献）
- [1]少周期双色圆偏振光场中Ar原子非次序双电离研究[D]. 庞惠玲. 西南大学, 2021(01)
- [2]超强激光脉冲作用下原子分子光电离中的动态干涉理论研究[D]. 王宁月. 吉林大学, 2020(08)
- [3]固体高次谐波辐射过程中电子超快动力学操控的理论研究[D]. 邵天骄. 中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所), 2020(02)
- [4]激光场中粒子碰撞的经典轨道动力学研究[D]. 刘士炜. 中国工程物理研究院, 2020(01)
- [5]用波函数分裂方法研究原子分子在强激光场中的阈上电离[D]. 景文泉. 西北师范大学, 2020
- [6]基于等离子体快门的超强激光质子加速研究[D]. 魏文青. 上海交通大学, 2019(06)
- [7]周期性结构中强场辐射的电子超快动力学理论研究[D]. 刘璐. 国防科技大学, 2018(01)
- [8]超短脉冲探测原子分子超快动力学研究[D]. 董文朴. 国防科技大学, 2018(01)
- [9]强激光驱动的原子、分子、真空的电离[D]. 吴婉阳. 上海交通大学, 2018(01)
- [10]数值模拟超短激光脉冲作用下原子分子的电离[D]. 崔森. 上海交通大学, 2017(08)