激光触发弱耦合等离子体电离次序光谱分析方法

激光触发产生弱耦合等离子体在超快时间（10～100fs）内，产生离子的方式和机制一直是人们很难探知和计算的。利用激光电离原子的最基本特性，寻找出产生离子时所有的电离路径，将电离路径中产生X射线的路径标记出来加以研究，再结合弱耦合等离子体环境中原子或离子能级移动的性质，对比和计算相同路径下相同电离结果中存在的不同电离方式，可区分产生相同产物的不同电离次序。这套方法可通过罗列计算并对应所产生的特征X射线光谱来确定10～100fs内离子的产生过程以及产生机制，电离路径及电离次序。为激光与物质相互作用在超短时间（10～100fs）内的物理过程研究提供了一种可探测的技术。

组态竞争及某些元素电离次序的重新确定

利用离化态原子组态竞争的最新研究成果，重新确定了元素钇、镥和铪的电离次序，纠正了由传统方法得到的不正确结论．

平行偏振三色场对原子非次序双电离的调控

本文利用三维经典系综模型研究了平行偏振三色场中He原子的非次序双电离.利用强度相同的1600 nm和800 nm脉冲组成驱动场,低强度的400 nm脉冲作为控制场.研究结果表明,第一次返回碰撞轨道、奇数次返回碰撞轨道(不含第一次返回碰撞)和偶数次返回碰撞轨道释放的电子对和离子分别处在电子关联动量谱和离子动量谱上的不同区域.通过改变控制场的相位,可以很好地控制不同返回次数碰撞轨道在双电离中的占比,进而实现对电子动量分布和离子动量分布的控制.另外,多次返回碰撞导致的双电离以碰撞电离机制为主,而第一次返回碰撞导致的双电离以碰撞激发电离机制为主,所以通过改变控制场的相位也能实现对双电离机制的调控.

反旋双色椭圆偏振激光脉冲驱动的氩原子非次序双电离对椭偏率的依赖

利用三维经典系综模型系统地研究了反向旋转双色椭偏场中Ar原子非次序双电离对椭偏率的依赖。数值结果显示双电离发生的概率随800 nm激光场椭偏率增大而增大,随1600 nm激光场椭偏率增大而减小。这是因为当固定1600 nm激光场椭偏率时,电子的返回概率和碰撞能量随800 nm激光场椭偏率增大而增大。而当固定800 nm激光场椭偏率时,电子的返回概率和碰撞能量随1600 nm激光场椭偏率增大而减小。在两椭圆激光场的长轴沿x方向条件下,当1600 nm激光场椭偏率为0.3时,离子动量分布由x负半轴向x正半轴移动。随着1600 nm激光场和800 nm激光场椭偏率的增大,离子动量分布逐渐在y方向扩展最终形成一个分布于x轴两侧的两层结构。

椭偏激光场中原子次序双电离的离子动量分布

利用海森伯势经典系综模型,研究了椭偏激光场中氩原子的次序双电离.结果发现,激光相位随机时,随着激光波长的增加,离子动量分布从800 nm时的六带结构逐渐转变成1600 nm时的八带结构.激光相位固定时,1600 nm激光场产生的离子动量分布呈现出十带结构.这些多带结构直接反映了椭偏场中电子的亚光周期电离动力学.随着激光相位的变化,离子动量谱的外部三带出现显著的移动.正是由于外部三带位置的相位依赖导致相位随机时离子动量谱的外部区域只能观测到一条带状分布.两电子电离时序分析发现,相位随机时,离子动量谱中的内带源于时间差为0.5个光周期的电离脉冲组合,而外带来源于时间差为1,2和3个光周期的电离脉冲的组合.对于800 nm中间的一个带,源于时间差为1.5和2.5个光周期的电离脉冲组合;对于1600 nm中间的两个带,一个源于时间差为1.5个光周期的电离脉冲组合,另一个源于时间差为2.5和3.5个光周期的电离脉冲组合.这些结果表明长波长和相位稳定的激光更容易观测到原子次序双电离的亚光周期动力学.

少光周期的中红外激光脉冲驱动的Xe原子非次序双电离

利用经典系综模型,系统研究了不同载波包络相位(Carrier-envelopphase,CEP)下少光周期的中红外激光脉冲驱动的Xe原子非次序双电离,并比较了近红外激光脉冲的情况。结果表明,中红外激光脉冲下,随CEP的增加,关联电子沿激光偏振方向的动量谱由分布在第一、二、四象限的弧形结构转变到主要分布在第一、三象限的弧形结构。而近红外激光脉冲下,关联电子动量谱由主要分布在第一、三象限的V型结构转变到主要分布在第一象限的V型结构。反演分析发现,中红外激光脉冲下,NSDI主要以直接碰撞电离机制主导,碰撞时间主要由位于激光场峰值附近的P1峰和位于激光场零点附近的P2峰贡献,P1峰导致关联电子动量谱在第一、二、四象限的弧形结构,P2峰导致关联电子动量谱在第一、三象限的弧形结构。进一步研究发现,对于中红外激光脉冲,根据双电离与碰撞之间的时间延迟进一步把NSDI事件分开,发现即使对于直接碰撞电离机制,不同的时间延迟范围内,电子关联特性仍呈现出不同的行为。

空间非均匀激光场驱动的原子非次序双电离

利用三维经典系综模型,研究空间非均匀激光场驱动的氙原子非次序双电离,并对比了空间均匀激光场的情况.结果显示,波长较短时,空间非均匀激光场与空间均匀激光场的非次序双电离的产率较为相近.随着波长的增大,较高激光强度时空间非均匀激光场下非次序双电离受到越来越明显的抑制.相比于空间均匀激光场,空间非均匀激光场下非次序双电离两电子的末态发射角表现出更强烈的关联特性,特别在较大的激光波长下,两电子的末态发射角几乎全部集中在0°附近,这意味着两电子往往是平行发射到相同方向.此外,波长由近红外增大到中红外时,空间非均匀激光场下非次序双电离的有效再碰撞均由第1个电子的第1次返回主导,而空间均匀激光场下则呈现由第1次返回主导到第2次返回主导的转变.进一步,通过反演分析非次序双电离的经典轨迹,揭示了空间非均匀激光场下关联电子超快动力学过程的更多细节.

激光脉宽对椭偏光驱动的原子次序双电离的影响

利用经典模型,研究了激光脉宽对椭偏光驱动的Ar原子次序双电离(SDI)的影响.结果发现,二价离子动量分布强烈地依赖于激光脉宽.随激光脉宽增加,离子动量分布从二带结构变为四带结构,然后又变为六带结构.向后分析双电离轨迹既显示了椭偏光驱动的原子次序双电离中的亚周期电子出射现象,又表明带状结构随激光脉宽的演化取决于第二个电子电离时间随激光脉宽的变化.

强场非次序双电离中再碰撞动力学的强度依赖

利用三维经典系综模型系统地研究了不同强度线偏振激光脉冲驱动下He原子的非次序双电离.结果表明在非次序双电离中回碰电子的返回次数、两电子的碰撞距离和电子对的关联特性都强烈地依赖于激光强度.对于750 nm,随着激光强度的增加,单次返回诱导的非次序双电离事件逐渐减少,而多次返回事件的比例显著增加.对于1500 nm,随着激光强度的增加,前三次返回诱导的非次序双电离事件都会减少,返回次数大于3的轨道对非次序双电离的贡献逐渐增加.这是因为在高强度下每次返回过程中母核的库仑吸引对返回电子横向偏离的补偿较弱,所以需要更多次的返回来补偿电子的横向偏离以实现再碰撞.轨道分析表明非次序双电离中两电子的碰撞距离随激光波长和强度的增加而逐渐减小.最后讨论了非次序双电离中电子对的关联特性对返回次数的依赖.

椭偏激光驱动的原子次序双电离的计算

本文利用海森堡经典模型计算了椭偏激光驱动的原子次序双电离。结果发现,二价离子在偏振平面内的动量分布显示六带结构。向后分析双电离轨迹表明,离子动量分布中的内带和中带起源于双电离电子的反向出射,而外带起源于双电离电子的同向出射。此外,这些带状结构清晰地显示了次序双电离中的亚周期电子出射。

低强度周期量级脉冲驱动排列分子的非次序双电离

本文利用三维经典系综模型研究了低强度周期量级脉冲驱动排列分子的非次序双电离.结果表明,电子对的关联特性强烈地依赖于分子的排列方向和激光脉冲的载波包络相位;垂直分子反关联电子对的比例总是高于平行分子反关联电子对的比例;当载波包络相位从0到π逐渐增加时,反关联电子对的数目先增加再减少;对于平行分子,电子对的释放总是以正关联为主;而垂直分子的主导关联模式则依赖于激光脉冲的载波包络相位,当载波包络相位为0.3π—0.7π之间时,电子对以反关联释放为主,其他相位下以正关联为主.本文利用分子势能曲线和电子返回能量很好地解释了电子关联特性对分子排列方向和载波包络相位的依赖关系.

反旋双色椭偏场中Ar非次序双电离电子关联的强度依赖

本文利用三维经典系综模型研究了反向旋转双色椭偏(two-color elliptically polarized,TCEP)场中Ar原子非次序双电离(nonsequential double ionization,NSDI)的电子关联特性和再碰撞动力学.数值结果显示随激光强度的增大,电子对在x方向的关联动量分布从位于第一象限的V形结构逐渐演变成主要分布于二、四象限的弧形结构,最后过渡到主要位于第一象限的近原点分布.其主要的关联行为从正相关演变成反相关再到正相关.两脉冲组成的复合电场波形呈现出三叶草的形状,即1个周期的电场由3个不同方向的“叶片”组成,每个“叶片”称为一个波瓣,根据时间演化的顺序分别将其称为波瓣1、波瓣2和波瓣3.轨道分析发现,NSDI事件中单电离主要发生在波瓣1和波瓣3,且随强度的增大波瓣1的贡献越来越大,波瓣3的贡献越来越小.相应地电子主要从20°和175°两个方向返回母离子,且随强度的增大,20°附近返回的电子逐渐增多,175°附近返回的电子逐渐减少.

同向旋转双色圆偏场中非次序双电离的频率比依赖

利用三维经典系综模型系统研究了不同频率比的两同向旋转圆偏场中Ar原子的非次序双电离.数值结果显示,非次序双电离的概率随两圆偏场频率比的增加而增加.频率比为5时非次序双电离概率比频率比为2时的概率高出一个数量级.非次序双电离的轨道分析表明,再碰撞轨道主要以环形的短轨道为主,并且随着频率比的增加,电子碰前的旅行时间缩短.进一步分析发现,随着频率比的增加,碰撞激发电离机制对非次序双电离的贡献逐渐增大,而碰撞电离机制的贡献显著减小.这是因为对于较大的频率比,电子的返回能量更小,且碰撞时两电子的碰撞距离更大.

反旋双色圆偏振激光场下Ar原子非次序双电离研究

应用经典系综方法模拟了反旋双色圆偏振激光场下Ar原子非次序双电离过程.双电离概率随激光强度变化曲线呈现出"knee"结构,表明了明显的电子关联特征.通过调节倍频与基频激光场的场强比可以实现对双电离的增强或抑制以及最优化.在"knee"结构区域的不同场强下,这种调控机制具有相似性.通过分析重碰撞和激发电离的时间特征,进一步讨论了反旋双色圆偏振激光场的强度对不同电离通道的控制规律.

强激光场中氢分子非次序双电离电子关联性的研究

采用经典系综方法对关联电子动量分布进行研究,计算结果表明:在直接碰撞电离机制下电子对的关联动量主要分布在一、三象限内,两电子出射方向相同,呈现正相关联特征,在碰撞激发电离机制下电子对的关联动量均匀分布在四个象限内;通过轨道反演分析发现,库伦斥力在碰撞激发电离机制中起主要作用。该研究为强场中氢分子电子对的重碰撞机制研究提供了简单的模型,可显示电子对的运动过程,进而揭示其关联特征。

圆偏光驱动的分子双电离的计算

本文利用经典系综模型计算了圆偏场驱动的中等核间距双原子分子双电离。结果表明,双电离电子沿分子轴平行方向和垂直方向的结合动量分布都主要分布在二、四象限,表明双电离电子主要沿相反方向出射。向后分析双电离轨迹表明,这种结合电子动量分布的起源是两个电子的电离时间延迟为半周期的奇数倍。

强激光场中原子双电离动力学复杂机制分析

通过数值求解薛定谔方程并用"抓拍"(snapshot)的方式观测两电子动量分布,我们研究了超强超快激光场中原子发生非次序双电离的不同机制.我们的模拟表明"抓拍"过程中双电离波函数的选取范围对两电子动量分布图样的特征和分布范围等都有显著的影响.图样中这种由于不同的观测范围导致的明显区别直接地影响我们对非次序双电离动力学过程的分辨.为此本文即结合经典再散射三步模型,详细分析了"抓拍"过程中双电离波函数范围的选取,并深入讨论了不同的非次序双电离机制及其对应的动量分布的特征.本文的结果将给相关的实验研究提供有益的参考.

周期量级激光脉冲驱动下非次序双电离的三维经典系综模拟

利用三维经典系综模型研究了周期量级激光脉冲驱动的氩原子非次序双电离,所得结果表明,Ar2+离子的纵向动量分布与载波包络相位有很强的依赖关系,随载波包络相位φ的增加,具有不对称双峰结构的离子纵向动量分布重心从负动量转移到正动量,并且φ每改变π时Ar2+离子的纵向动量呈现相反的分布.在重碰撞过程中核与电子之间的库仑势发生变化后,计算得到的Ar2+离子纵向动量分布随载波包络相位的变化与实验结果定量上一致.

椭圆偏振强激光场中Mg原子的非次序双电离

采用经典系综模型研究了椭圆偏振强激光场中Mg原子的非次序双电离。Mg原子在椭圆偏振强激光场中存在非次序双电离,且非次序双电离的电离率随着椭圆率的增大而降低,但降低的幅度不大。通过轨迹回溯分析可以发现,随着椭圆率增大,返回重碰撞电子数量的减少使得Mg原子非次序双电离的电离率降低。另外,两电子横向相关动量分布及不同能量的电子数量分布表明,返回电子的能量随着激光场椭圆率的增大而增大,使得第2个电子在返回电子的少次甚至一次重碰撞下即可电离,这在一定程度上补偿了降低的电离率,从而使电离率降低得不明显。

椭圆偏振激光脉冲驱动的氩原子非次序双电离

利用经典系综模型研究了椭圆偏振激光脉冲驱动的氩原子非次序双电离.计算结果表明,非次序双电离产率随着椭偏率的增大而减小;双电离得到的电子对在激光偏振平面长轴方向的末态关联动量谱呈现正关联,在激光偏振平面短轴方向的末态关联动量谱呈现反关联;Ar^(2+)在激光偏振平面短轴方向的末态动量谱呈现单峰结构,并且随着椭偏率增大而变宽.轨迹分析显示,椭圆偏振激光脉冲驱动下,非次序双电离仍然是通过再碰撞而发生;随着椭偏率的增大,有效碰撞和单电离之间的时间延迟增加,这是因为椭偏率较大时第一个电子需要经过多次往返才能与母核离子发生有效碰撞.