【摘 要】
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强激光与原子和分子相互作用包含了许多高阶非线性物理现象,人们对这些新奇的强场物理现象进行了广泛地探索与深入地研究。电离是强激光与物质相互作用的基本物理过程之一,电离电子的动量分布中包含了许多电子动力学信息以及物质结构信息。因此,光电子动量分布的研究引起了广泛的关注。本文中,我们系统地研究了组合圆偏振激光作用下氢原子和氦离子的光电子动量分布,具体内容概括如下:(1)通过数值求解二维含时薛定谔方程,研
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强激光与原子和分子相互作用包含了许多高阶非线性物理现象,人们对这些新奇的强场物理现象进行了广泛地探索与深入地研究。电离是强激光与物质相互作用的基本物理过程之一,电离电子的动量分布中包含了许多电子动力学信息以及物质结构信息。因此,光电子动量分布的研究引起了广泛的关注。本文中,我们系统地研究了组合圆偏振激光作用下氢原子和氦离子的光电子动量分布,具体内容概括如下:(1)通过数值求解二维含时薛定谔方程,研究了氢原子在双色圆偏振激光脉冲作用下光电子动量分布中的涡旋结构。我们首先分析了两束激光脉冲之间的时间延迟对电子涡旋的影响:当时间延迟在一个周期内变化时,涡旋形光电子动量分布的角度会发生旋转;当其在多个周期变化时,随着时间延迟的增加,电子涡旋的旋臂会变得细长。其次,探究了激光脉冲的波长对电子涡旋的影响:当两束激光脉冲的波长均为50 nm时,光电子动量分布中涡旋结构呈现出两个旋臂;当两束激光脉冲的波长分别为156 nm和78 nm时,涡旋结构出现三个旋臂;而当两束激光脉冲的波长均为156 nm时,电子涡旋呈现出四个旋臂。此外,我们又分析了激光旋性和载波包络相位对电子涡旋的影响。通过研究发现了氢原子光电子动量分布中的涡旋结构对时间延迟、波长、激光旋性以及载波包络相位的敏感性。我们利用电离电子波包干涉的动量分布解释了光电离中电子涡旋产生的原因,并且通过阿秒微扰电离理论精确算得了光电子动量分布的角度,进而实现光电子动量分布的调控。(2)理论研究了氦离子光电离过程中交叉通道对光电子动量分布涡旋结构的贡献。首先,分析了时间延迟长短对交叉通道的影响,进而探究交叉通道对涡旋结构的贡献。研究发现:当时间延迟较短时,交叉通道在电离过程中起到重要作用,此时涡旋形光电子动量分布强度有所差异;当时间延迟较长时,交叉通道的贡献被忽略,电子涡旋的旋臂强度相同。因此可以得出,电子涡旋旋臂强度的非均匀分布源于对时间敏感的交叉通道。其次,改变两束激光脉冲的波长,分析不同路径产生的电子波包之间的干涉,探究有无交叉通道对电子涡旋结构的影响。结果表明:当时间延迟较短时,有无交叉通道对电子涡旋结构没有影响;当时间延迟较长时,没有交叉通道的电离过程,涡旋结构仍然存在;然而有交叉通道的电离过程,随着时间延迟的增加,交叉效应减弱,涡旋结构几乎消失。通过上述研究,我们发现了交叉通道对电子涡旋的贡献,由阿秒微扰电离理论计算了交叉通道产生的跃迁振幅,并利用不同通道之间干涉效应解释了电子涡旋旋臂强度的非均匀分布。(3)研究了氦离子在偏振门组合激光脉冲作用下的光电子动量分布。当采用偏振门组合激光脉冲,激光波长分别为20 nm和40 nm时,光电子动量分布出现两瓣和四瓣的结构,然而其没有呈现出涡旋结构。我们又对三色激光场作用下氦离子的光电子动量分布进行研究。研究发现:在两束波长为76 nm和38nm,时间延迟为2 o.c.的激光脉冲作用下,氦离子的光电子分布呈现出六个旋臂;若第三束激光脉冲的波长为19 nm,其与第二束激光之间的时间延迟为2 o.c.,并且此激光脉冲与第一束激光脉冲的旋性相同,则电子涡旋显示出三个臂;若其与第二束激光脉冲的旋性相同,则涡旋结构出现一个旋臂。并且通过研究三色场作用下的光电子动量分布,发现了第三束激光脉冲与前两束脉冲之间的时间延迟,以及第三束激光脉冲的旋性都会对电子涡旋产生影响。(4)理论上分析了一对反旋圆偏振激光脉冲与氦离子相互作用下,不同初始电子态对电子涡旋的影响。结果显示:当s态和+p态为初始电子态时,电子涡旋的旋臂个数等于吸收光子数;而当px态为初始电子态时,旋臂的个数总比吸收的光子数多两个。随后我们展示了初始态的电子波包,并利用波包之间干涉探究其对电子涡旋旋臂个数的影响。此外,通过对比基态和激发态分别为初始条件时的光电子动量分布,进一步研究电子涡旋结构强度的不均匀分布,并应用阿秒微扰电离理论和初始波包干涉分别阐述其物理机制。最后,我们分别以p+态和p-态为初始电子态,探究轨道旋性对电子涡旋的影响,发现电子涡旋对初始电子态以及轨道旋性的依赖。
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