分子对飞秒激光场响应的含时密度泛函理论研究

采用含时密度泛函理论方法研究线性分子碳化锂(Li2C2)对飞秒激光场响应的电子-离子动力学行为.在典型的近共振和非共振的激光频率作用下,分别对比分析了分子的共振和非共振电离过程.研究发现:分子在共振频率激光场的作用下发生更强的电离过程,并倾向于发生库伦爆炸,键长的振荡断裂与电离相互促进影响,而分子在较弱的激光场作用下发生单光子电离过程;随着双脉冲时间间隔的增加,离化电子数在一定范围内呈振荡上升趋势,随后趋于常数.

飞秒激光场下NH_3分子光电子能谱的理论研究

模拟了NH3分子在飞秒激光场下通过中间快速预解离态A～的共振增强多光子电离光电子能谱(REMPI-PES).应用两维的含时波包法实施动力学计算,计算过程中使用了离散变量表示(DVR)理论和劈裂算符-表象变换方法.结果表明,激光脉冲的强度、脉宽等对光电子能谱有着很大的影响,能谱中的两组峰簇是由强场对势能面作用所引起的.

飞秒激光场中原子所受光学偶极力研究

通过求解全波矢布洛赫方程研究了两能级原子与飞秒超快激光脉冲的相互作用过程,计算了不同拉比频率取值下原子所受光学偶极力和粒子数布居随时间的演化情况,分析了光场失谐量对光学势分布情况的影响.研究发现:由飞秒激光场产生的横向光力的时间平均值并不等于零,而是随着拉比频率的增加呈现振荡的增大趋势;纵向光力的时间平均作用也并非是拉比频率的单调函数,而是随着拉比频率的增加呈现周期性的振荡分布特性;光学势的分布对光场的失谐量具有明显的依赖性,随着失谐量的变化,光学势的性质也随之发生了改变.

多色飞秒激光场产生高能量超宽带太赫兹辐射的研究进展

飞秒激光聚焦在空气中能够产生高能量超宽带的太赫兹辐射,这种强场太赫兹辐射在物态操控、太赫兹通信、生物医学成像等领域具有重要的应用价值。采用双色乃至多色激光场是提高气体等离子体中太赫兹辐射强度的关键路径之一。本文回顾了多色场驱动空气等离子体太赫兹辐射源的发展历程,按照单色场、双色场到三色场的发展脉络,从实验方案、理论原理、优化探索三方面综述了国内外多色飞秒光场驱动气体等离子体太赫兹辐射的研究现状和最新成果,并对该方向的未来发展进行了展望。

少周期飞秒激光场下Ne原子的非顺序双电离

本文实验测量了少周期飞秒激光场下惰性气体Ne原子非顺序双电离引起的Ne^(2+)离子动量分布,发现该分布强烈依赖于激光场的载波-包络相位(Carrier-Envelope Phase,CEP),在某些CEP条件下呈现出明显不对称的双峰结构.半经典理论计算可以定性地重现实验结果.理论分析表明,二价离子的不对称动量分布来自于非顺序双电离过程中碰撞直接电离(Recollision-Impact-Ionization,RII)与碰撞-激发电离(Recollision-Excitation and Subsequent Ionization,RESI)两个通道的贡献,其中不对称双峰结构来自于RII通道,而RESI通道影响的是低动量部分,导致双峰结构变平.RII通道中产生的Ne^(2+)离子动量分布对CEP有较强的依赖性,而RESI通道中Ne^(2+)离子动量分布随CEP的变化不明显.进一步的计算表明,离子实库仑势在非顺序双电离过程中起到非常重要的作用,它将引起RESI通道产量增大.

环辛酮分子在飞秒强激光场中的解离研究

本文首先利用基于密度泛函理论的B3LYP方法,采用6-31/+g(d,p)基组,对环辛酮分子及其离子化分子进行了结构优化,对C8H14O+进行了频率计算.而后,对C8H14O+红外活性强的振动模式进行分析,得到了环辛酮分子在飞秒激光作用下的解离碎片.最后,应用基于密度泛函理论的B3LYP方法,采用6-31/+g(d,p)基组,对这些碎片的结构进行了优化,从而得到了环辛酮分子在飞秒激光作用下的解离产物.

飞秒强激光场下的分子动力学研究

飞秒激光通常伴随着极短的脉冲宽度和极强的脉冲强度，前者使人类能够在飞秒的时间尺度内实时观察分子的动力学过程，揭示化学反应的本质。而后者则可以极大地改变分子的行为，使分子发生取向、电离、解离和库仑爆炸等。飞秒激光正由过去的测量工具向现在的控制工具转变，利用飞秒激光控制分子的上述行为，是目前研究热点之一。要想实现对分子上述过程的有效控制，首先必须对这些过程进行深刻的了解。

甲烷在飞秒强激光场中的解离

用波长为800nm,脉宽为160fs,强度范围为7.6×1013～1.4×1014W·cm-2的强激光使甲烷分子解离,并用质谱仪检测产生的离子.母体离子在较低的激光强度(7.6×1013W·cm-2)下出现;当激光强度增加到8.0×1013W·cm-2时,CH3+开始出现;CH2+、CH+和C+离子出现的阈值分别为1.0×1014W·cm-2,1.4×1014W·cm-2和1.4×1014W·cm-2.这些现象表明甲烷的解离是一个顺序过程.质谱图中没有多电荷离子,因此排除了发生库仑爆炸的可能.以线偏振激光作用于甲烷,只有H+离子有各向异性的角度分布,暗示分子中的化学键是被激光外场拉断的,且初级产物离子H+是沿着激光电场的方向飞出.提出的准双原子分子模型较好地解释了实验结果.

氢团簇在飞秒强激光场中的动力学行为

利用分子动力学方法研究了氢团簇在飞秒强激光场中的动力学行为.与库仑爆炸模型所预言的不同,团簇的膨胀是各向异性的,质子平均动能沿激光场极化方向上的分量要明显大于垂直于激光场极化方向上的分量.讨论了团簇各向异性膨胀产生的原因,分析了激光和团簇参数对各向异性程度的影响.

飞秒泵浦-探测激光场中NaI解离和电离的场依赖

利用含时波包方法计算了NaI的基态、激发态和NaI+离子基态的态布居数,全面研究且定量分析了泵浦和探测激光参数对非绝热NaI分子激发、解离和电离几率的影响。结果表明:泵浦激光是分子激发和解离的唯一影响因素,而电离则受泵浦激光和探测激光的共同影响。解离和电离过程相互竞争和共存。弱场强、短波长、窄脉宽和长延时的激光场有利于解离,反之则有利于电离。通过调整激光脉冲的形式,可以控制激发、解离和电离选择。研究结果对分子光谱学具有重要价值,也有助于在实验上实现光学分子控制。

CO_(2)分子在飞秒强激光场中的光电离实验研究

利用真空腔体系统、超声脉冲分子束系统和直线式飞行时间质谱仪等实验装置,研究了线性三原子分子CO_(2)在波长800 nm,重复频率1 000 Hz、脉宽35 fs的飞秒强激光场中光电离行为.测量了CO_(2)分子随激光光场强度和激光偏振状态变化的飞行时间质谱.基于飞秒强激光场理论,从激光的偏振度效应、极化效应和光强依赖关系等方面,对CO_(2)分子在飞秒强激光场中光电离进行了分析.

NaI分子在强场作用下的非绝热动力学研究

利用含时量子波包法研究了NaI分子在飞秒激光脉冲场作用下运动到势能面交叉区域的非绝热动力学以及泵浦-探测光电离动力学。根据动力学反射原理,得到了NaI分子在非绝热交叉区域的波包动力学与泵浦-探测光电子能谱之间的对应关系。研究结果给出了NaI分子在强场作用下的非绝热特性。

甲醇在飞秒强激光场中的解离

甲醇在激光强度为1013～1014W/cm2,脉冲宽度为80fs的飞秒激光照射下发生解离,产生的碎片离子用飞行时间质谱仪检测。当激光强度较低时,首先出现母体离子CH3OH+.逐渐增加激光强度,母体离子解离产生初级碎片离子.氘代甲醇的实验结果证明此碎片离子是CH2OH+,即甲醇的母体离子首先断C-H键.进一步增加激光强度,母体离子的C—O键也会断裂产生CH3+.当激光强度更高时,出现更小的碎片离子.解离甲醇时,只有H+碎片随激光偏振方向呈现各向异性.这些实验事实表明:甲醇是顺序解离而不是库仑爆炸,激光的电场将该分子中的C-H键拉断.

飞秒强激光场中氢原子团簇的各向异性膨胀

利用LAMMPS程序研究了氢原子团簇在飞秒强激光场下的动力学行为,讨论了引起小氢原子团簇各向异性膨胀的原因.通过对外电离过程中团簇内部电子的行为以及团簇各个方向上最外层质子距离团簇中心的距离随时间的变化情况的分析,发现团簇的膨胀呈现各向异性,且引起这种各向异性的根源在于团簇内部电子的抖动以及逃逸.对氢原子团簇与强激光场相互作用过程中质子各能量分量以及各向异性程度随时间变化情况进行了研究,发现各向异性程度是随时间变化的,这种各向异性程度首先随着激光电场的增强而增加,随后又逐渐减小,直到最后趋于某一大于1的稳定值.分析了激光脉冲结束后质子的平均能量与观测角之间的关系,并将分析结果与Ditmire小组的实验结果进行了比较,发现我们的模拟结果在定性上与实验相符合.

氢分子离子在强场中的电荷共振增强电离

通过理论模拟氢分子离子处在高振动态下的库仑爆炸核初始动能释放谱,详细地研究了强场中氢分子离子在相应振动态的电荷共振增强电离过程.计算结果表明:振动态为υ=5的电荷共振增强电离过程和振动态为υ=6、7的电荷共振增强电离过程是不相同的.