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1980年后,强激光的出现使原子分子中的电子感受到的外加光电场接近甚至大于核的库仑场强,人类终于有能力改变和控制原子、分子甚至物质中电子的运动规律进而改变物质的性质和状态。原子分子光物理领域的研究成果不仅揭示了原子分子中的一些新现象和新规律,而且也必然对人类未来的生产活动产生深远影响。在理论方面,本论文工作以强激光作激发源,以不同维度的氢原子、氢分子离子作平台,进行了大量计算机数值计算实验,研究了强光电离中的电离增强效应。在实验方面,研制成功了双闪光灯泵浦的1319nm波长的Nd:YAG激光器,可望为光与原子分子互作用研究提供一新激发波长。
具体研究内容和结果如下。
(1)对氢原子,采用一维模型,把库仑势表为一维无限深势阱中的δ函数。对强激光短脉冲作用下的光电离过程做了大量数值计算。发现了载波包络相位差(CEPD)会强烈影响光电离过程:强电离、中等程度电离或不电离。与此同时,模拟结果还揭示出,测量光电离过程也可能成为实验上测量CEPD的一种潜在手段。
(2)对氢分子,采用实际三维模型,在激发光电场与分子轴向平行时,采用柱坐标系,经变量分离并把波函数展为贝赛尔-富里叶级数形式,避免了常规数值算法中为消除库仑势的发散而采用的核软化近似,在理论上可得到精确解。实际采用了多达32个贝赛尔函数基矢,使强光电离过程的数值计算更加精确。计算发现,前人所报道的CREI,即电荷共振增强电离效应只发生在中弱光强区域。在大光强区域,CREI效应消失,取而代之的是电离饱和(Ionizationsaturation)现象。对CREI效应,本工作首次发现,光电离速率随时间的变化是一双指数衰减过程,并对此规律所反映的微观过程作出了合理解释。
(3)对三核双电子氢分子离子,采用一维模型,对短脉冲和长脉冲情形,计算了电子双电离的电离几率随核间距的变化关系。通过改变表示两电子间库仑作用强弱的参数值,计算了电子关联效应对双电离过程中CREI效应的影响。结果表明,电子间的关联越强,则CREI峰型越宽,并移向临界核间距较短处。首次采用准静态三维势阱图像,对双电离过程中的CREI效应作了阐述。对电子关联作用对CREI效应的影响,亦给出了一个初步的定性解释。
(4)研制成功了双闪光灯泵浦的1319nm波长的Nd:YAG激光器。从头开始设计制作触发预燃电路、半桥式逆变电路、放电电路和高频变压器,制成了双氙灯泵浦的Nd:YAG激光器电源。激光参数测量结果:无调Q时的脉冲宽度为350.0μs,单脉冲能量为12.8mJ。并用KTP晶体外腔倍频,观察到660nm波长的红光输出。该激光器的研制为激光电离解离分子的实验研究提供了两个可能激发波长,即1319nm和660nm。但离实用还相差很多,仍要作大量后期工作。