超快强激光场中的隧穿动力学

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20世纪80年代后期啁啾脉冲放大技术的出现和发展成熟,使得超快强激光技术进入一个新的发展阶段。目前实验上人们很容易获得峰值光强大于1013W/cm2、脉宽小于100fs的飞秒强激光脉冲。飞秒强激光为揭示微观原子分子内部超快运动规律,探索极端强场条件下的原子物理新现象、新效应提供了前所未有的技术手段和研究条件。隧穿电离现象和多光子电离现象是超快强激光场与原子分子相互作用的两个基本现象。其中隧穿过程中的时间问题以及从多光子电离到隧穿电离的转变机制一直是人们研究的热点问题。本文分别对上述两个问题进行了研究,首先对隧穿时间的问题进行了初步的探索,给出了一种新的隧穿时间定义,然后从流密度角度研究了氢原子在强激光场下从多光子电离到隧穿电离的转变,并且和Keldysh理论做了比较。本文主要有如下三方面的内容:自从1932年MacColl首次提出隧穿时间这一问题以来,人们给出了很多种隧穿时间的定义,如拉莫尔时间、居留时间、相位延迟时间和穿越时间等等。首先我们在一维方势垒隧穿模型中对拉莫尔时间和居留时间做了详细的推导和计算。并结合方势垒隧穿模型中稳定流密度,给出了一种新的隧穿时间定义。其次,通过数值求解一维含时薛定谔方程(TDSE)的方法,我们研究了梯形静电场下,一维氢原子模型中电子流密度随场强以及脉冲上升沿的变化情况。通过对流密度的分析,可以将激光场与氢原子的相互作用分为三个不同的区域,分别是多光子电离区,多光子电离到隧穿电离的过渡区,隧穿电离区。并与Keldysh理论作了比较,发现通过对流密度方向的分析可以很好区分多光子电离区和隧穿电离区。最后,我们将一维模型中流密度的分析推广到了三维情况,通过数值求解三维含时薛定谔方程,讨论了强激光场中氢原子的电离方式。我们计算了不同场强下氢原子中电子的分布情况和流密度的变化情况。同样通过对流密度方向的分析可以区分激光场与原子相互作用中的多光子电离区和隧穿电离区。
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