强场原子双电离的动力学研究

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强激光场中原子的双电离过程因揭示了强烈的电子关联效应而受到广泛地关注和研究。这种在电离过程中电子之间的关联效应,使二价离子的产量比理论预言高出多个数量级。电子关联又是许多物理现象的主要原因和阿秒物理的重要研究内容。原子的非次序双电离过程为人们提供了一个简单的模型去揭示电子关联效应。  本文采用经典系综方法对强场原子的双电离过程展开研究,展示了惰性气体原子在圆偏振激光场下二价离子产率的Knee型结构,借助周期量级超短激光检验了双电离的多次碰撞机制,确立了电离时间间隔的标度关系,以及研究了原子双电离过程中激发态的影响。本文的研究内容及结果如下:  (1)研究了圆偏振激光场下惰性气体原子的非次序双电离。通过参考Mg原子产生Knee型结构时的激光条件,结合非次序双电离的标度定律,为Ar原子和He原子选择合适的圆偏振激光场,展示了这两种原子二价离子产率曲线的Knee型结构。通过追踪两个电子的经典轨道来探究其中的动力学过程,确立了产生这一结构的电子碰撞机制。本研究预言了圆偏振激光场驱动下电子碰撞及Knee型结构在惰性气体原子中同样存在,激光场波长的增加会导致二价离子产率下降和Knee型结构消失。研究发现使用更高频率的激光场以及采用第一、第二电离能较低的惰性气体原子,更容易观测到二价离子产率的Knee型结构。  (2)研究了线偏振激光场的脉冲宽度对Ar原子非次序双电离的影响。通过调制脉冲宽度为三个周期的超快激光场来抑制电子的多次碰撞,在没有多次碰撞的情况下仅通过改变激光场强度实现了Ar原子的关联电子动量分布从反关联向正关联的转换。这说明多次碰撞不是产生正关联高能电子的主要原因。在依次增加脉冲宽度的研究过程中发现非次序双电离中碰撞激发场致电离机制所占比例随激光宽度的增加而增加,而直接碰撞电离机制则不受脉冲宽度影响。  (3)研究了圆偏振激光场中次序电离的两个电子的出射时间间隔随原子和激光场的变化,确立了两电子电离时间差所满足的标度关系:使用强度为I,频率为ω的激光场驱使一种原子发生双电离时,两电子电离时间间隔,与使用强度为k2I,频率为kω的圆偏振激光场驱使另一种原子发生双电离时两个电子的电离时间间隔相同。其中标度系数k为两种原子的第二电离能之比。该研究对阿秒物理研究有一定参考价值。  (4)研究了线偏振强激光场强度对Ne原子非次序双电离的影响。通过模拟计算展现了实验上观察到的关联电子动量分布情况:中心区域随激光强度增加颜色越深。研究发现:随着激光强度的增加,处于第一激发态的电子的数目及占比逐渐增加。这些电子电离后,主要分布在关联动量分布图的中心区域,这说明原子的激发态对双电离过程同样具有一定影响。
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