【摘 要】
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光与物质相互作用不仅是人们探究物理规律的基本方法,也是探索微观原子分子结构的重要手段。随着超快激光技术的发展,光与物质的相互作用研究进入到了一个全新的领域。在飞秒强激光场中,原子分子会展现出一系列有趣的超快非线性物理现象,如阈上电离、非顺序双电离、高次谐波产生等。对这些新现象的研究已成为当前原子分子光物理领域的重要基础前沿,同时也推动了阿秒科学等一些新兴学科领域的诞生和发展。通常,人们大多是基于单
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院)
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光与物质相互作用不仅是人们探究物理规律的基本方法,也是探索微观原子分子结构的重要手段。随着超快激光技术的发展,光与物质的相互作用研究进入到了一个全新的领域。在飞秒强激光场中,原子分子会展现出一系列有趣的超快非线性物理现象,如阈上电离、非顺序双电离、高次谐波产生等。对这些新现象的研究已成为当前原子分子光物理领域的重要基础前沿,同时也推动了阿秒科学等一些新兴学科领域的诞生和发展。通常,人们大多是基于单电子近似模型来理解高次谐波产生和阈上电离。然而,近年来的深入研究发现,高次谐波产生和阈上电离可表现出一些无法用单电子近似理论解释的谱学特征,预示着电子关联效应对其中的电子动力学行为有重要影响。然而,由于涉及外场作用下的复杂库仑多体过程,电子关联行为如何改变原子分子的强场超快动力学行为尚不明晰。特别地,目前对强场驱动下原子分子的电子关联效应的研究主要集中在两个电子之间的库仑相互作用,而实际上,两电子关联动力学也受到其固有量子效应的影响,如两电子波函数的对称性等。此外,普遍采用的数值求解含时薛定谔方程的模拟解尽管能很好地重现实验测量结果,但该方法通常无法提供影响强场过程的电子关联动力学背后清晰的物理图像。为此,我们针对飞秒强激光驱动原子动力学过程中的电子关联效应开展了研究工作。主要研究成果如下:(1)研究了两电子波函数空间对称性对高次谐波产生的影响,并结合时频小波分析阐明了其背后物理根源。通过数值求解含时薛定谔方程,我们从理论上研究了具有不同对称性空间结构的仲氦和正氦的高次谐波产生。我们的模拟清楚地表明,仲氦和正氦的高次谐波谱在谐波振幅上存在明显的差异。通过对高次谐波谱进行详细的时频小波分析,正氦和仲氦高次谐波谱的差异主要来自氦离子不同的碰撞激发截面。进一步结合再散射模型,我们揭示了正氦和仲氦碰撞激发截面差异的来源,即正氦的两个电子因其波函数的反对称性而在空间上保持分离。(2)研究了电子关联效应对高阶阈上电离过程的影响,并结合维格纳分析阐明了电离电子谱增强背后的电子库仑排斥机制。通过数值求解含时薛定谔方程,我们从理论上研究了电子关联效应对氦原子高阶阈上电离的影响。我们的模拟清楚地表明,电子关联效应会导致高阶阈上电离电子谱明显增强,而且这种增强在长波长或高光强的激光场下会变弱。通过追踪维格纳分布中的电离电子波包的最大概率密度,我们发现这种增强是由于再散射过程中再散射电子与氦离子中的电子之间的库仑排斥效应引起的。随着激光波长或强度的增加,再散射电子的返回能量增加,相应地,两电子之间的库仑排斥效应减弱,从而导致高阶阈上电离电子谱增强不明显。
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