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Bohm力学是一门描述微观粒子轨道运动的理论。它采用轨道方式描述粒子的运动,使人们更清晰地理解量子现象产生的机制。本篇论文研究Bohm力学在强激光与原子相互作用领域的应用,包括成功重现并解释了两个多光子吸收的非线性现象:阈上电离与高次谐波,研究了强激光与原子相互作用中的量子经典对应问题。主要内容如下:
一、用Bohm力学研究强激光和原子相互作用中阈上电离的现象强激光和原子相互作用产生的阈上电离(ATI)在实验上已经被观测到。许多半经典轨道的方法,比如Corkum提出的”两步模型”和在强场近似下Feynman路径积分的方法等,都可以较好地解释这个多光子现象的产生机制。在本文中,用Bohm力学来研究ATI多光子吸收的现象。通过计算原子系综中的每一个电子量子轨道,相应地得到光电子能量,即获得ATI谱。得到的ATI谱和以往实验和理论的结果相比基本上是一致的。此外,通过量子轨道方法和经典轨道Monte-Carlo方法之间的比较,发现量子势对ATI现象的出现起了关键的作用。
二、用Bohm力学研究强激光和原子相互作用中高次谐波谱的产生强激光和原子相互作用另一个有趣的多光子过程是高次谐波(HHG)。对HHG的解释,最著名的就是”三步模型”,它是一种半经典的轨道方法。此外,经典轨道的Monte-Carlo方法也被用来模拟高次谐波的产生。在本文中,用Bohm力学得到原子中电子的量子轨道,然后计算这一个量子轨道的功率谱,发现得到的谐波谱是不规则的。但当考虑一个原子系综和强激光相互作用时,用Bohm力学得到的谐波谱和用求解Schrodinger方程得到的结果一致,所得到的谐波谱满足高次谐波特征。
三、用Bohm力学研究强激光和原子相互作用中的量子向经典过渡量子向经典过渡是量子力学的一个基本问题,自从量子力学诞生那一时刻起,人们就开始思考这个问题。一般认为,经典力学是量子力学的一个极限情况。但是目前的理论工作,还没有找到一个合适物理量,使得量子向经典连续过渡。在我们的工作中,我们用Bohm力学描述电子的运动,它的动力学方程(也就是Bohm-Newton方程)和经典Newton方程的区别在于前者比后者多了一项—量子势。如果量子势可以忽略,量子力学就很自然的回到经典力学。数值计算结果表明,强激光和原子相互作用时,电子的量子势随时间变得越来越小,在电子电离之后,量子势很快就可以完全忽略了,因此电离电子的行为可以用经典力学来描述。我们的结果为研究强激光和原子相互作用中的半经典理论提供一个理论支持。