电四极矩产生偶次高次谐波的研究

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光与物质的相互作用在基础物理学的研究进程中一直表现出了极为重要的探索意义,近几十年来,伴随着激光技术的飞快发展及广泛应用,激光脉冲的宽度逐步变短而强度不断增强,使得人们对光与物质的相互作用的探索已深入到强场物理领域。强激光脉冲与物质的相互作用的结果表现为多种不同的非线性物理现象:阈上电离,隧穿电离,多光子电离,电离抑制,高次谐波等等。这些新现象的出现对强场物理的理论和实验研究带来了巨大的挑战,但是也拓展了人们对微观物理过程的深入认识同时也促进了现代激光技术的优速发展。高次谐波也因其能够合成远紫外(XUV)光源,X射线,超短脉冲等有意义的应用,在近十几年的原子分子物理的研究领域中获得了人们不可多得的关注。高次谐波的发射是由于高阶非线性效应而最终发射出频率是驱动激光场频率整数倍的相干辐射波的过程,而谐波谱在低阶区域急速下降,然后出现谐波强度近似的平台区,最后出现急剧下降的截止区的结构特征用传统微扰理论是不可解释的。根据半经典“三步模型”:(1)原子中处于基态的电子在强激光脉冲的作用下以多光子电离或者隧穿电离的方式发生电离成为自由电子;(2)发生电离的电子在激光场中以经典的方式运动,起初受电场的影响做加速运动而远离母核离子;(3)当激光场的方向反转时,运动的电子受场的影响有一部分会运动到母核离子附近,被核捕获后并放出高能光子。高次谐波的发射机制及物理图像得到了成功的解释。目前,对于强激光脉冲与原子分子相互作用对高次谐波发射的贡献的探索主要集中于三个方面:(1)在不同的驱动激光场作用下,研究高次谐波的发射机制问题;(2)研究出通过改变势场或其他的因素发射出更长更短更强的脉冲的方案;(3)研究提高高次谐波发射效率的方法并能够增强谐波信号,使之能够被已有的仪器检测到。研究强激光脉冲与原子分子的非线性相互作用的基础是求解原子体系下的含时薛定谔方程,我们运用不需要建立模型便可以直接求解的拟谱--分裂算符法数值求解氢原子在单色激光场中的含时薛定谔方程。该方法有两个突出的优点:(1)采用了非均匀的空间网格点,在原子核附近选择较多的网格点,离原子核较远的区域选择较少的网格点,即使用很少的网格点也可进行高精度的计算,大大的提高了程序的运行效率;(2)当r接近0时,库仑势会出现库仑奇点问题,而拟谱法通过变换空间求解范围有效的处理了库仑奇点问题,从而能够计算真实原子体系的电子波函数。本文我们通过数值求解强场近似下单电子原子的含时薛定谔方程,研究了氢原子电四极矩在强线偏振激光场下对高次谐波谱发射的贡献,并对其发射偶次谐波的物理机制给出了理论分析。具体实施如下:(1)求解氢原子处于基态时的本征矢作为时间演化中的初始波函数;(2)运用拟谱--分裂算符法对初始波函数进行时间演化,得到各个时刻波函数在空间上的分布;(3)对所需的物理量求期望并观测体系的电子偶极矩形式;(4)全部演化后的含时物理量作傅里叶变换到频谱空间,观测各自对应的高次谐波谱;(5)运用小波变换对谐波谱作时频分析,并结合半经典“三步模型”分析谐波谱的产生机制。
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