強場誘導小分子的激發(fā)過程及其含時波包動力學理論研究.pdf

1、分子反應動力學(Molecular Reaction Dynamics)是前沿的化學物理研究領域。它應用了先進的現(xiàn)代物理化學分析方法，是從原子、分子層次出發(fā)研究不同狀態(tài)下和不同分子體系中單分子的基元化學反應的微觀動態(tài)、反應過程和反應機理的科學。分子反應動力學的研究不僅可以闡明分子反應過程中各種瞬態(tài)物種的結構、性質和作用，還能以態(tài)-態(tài)反應動力學，以及對分子相干態(tài)之間的作用的深入研究來闡明化學反應的內在規(guī)律。含時波包方法作為物理化學研究領域

2、的重要分支之一，在研究強激光場中分子振動激發(fā)和分子電離時已被證明是一種行之有效的方法，其理論框架在分子物理及場與物質相互作用等多方面都得到了廣泛應用。含時波包方法具有許多優(yōu)點，除了數(shù)值計算上的高效率外，還能為動力學提供了物理意義明確而直觀的圖像，它既具有經(jīng)典的直觀，又不乏量子力學的準確。另外，含時量子波包方法尤其適用于研究體系隨時間演化的問題。
　　利用超短激光脈沖研究分子動力學是當今國內外的一個前沿研究課題。相比于實驗的研究，從

3、理論上去理解、分析和探索超短激光脈沖作用下分子反應動力學是必不可少的研究工作。由于含時量子波包方法計算簡單，比較容易實現(xiàn)，且能夠詳細描述系統(tǒng)的時變動力學信息，因此它被廣泛地應用于分子反應動力學的各項研究中。對強場下分子的躍遷激發(fā)以及光電離行為的理論研究主要集中在一些小分子上，一維兩態(tài)問題在小分子的動力學理論處理中是最簡單的情況。強場下小分子躍遷激發(fā)的處理不僅對處理大分子的強場效應有借鑒作用，還對理解和實施原子與分子過程的激光操控具有重要

4、的理論和實踐意義。
　　本論文基于量子力學含時波包傳播中的劈裂算符-傅立葉變換方法，研究NO和ClO基在強激光場下不同電子態(tài)上不同振動能級的粒子數(shù)布居隨激光參數(shù)的變化情況。主要進行了以下幾個方面的工作:
　　(1)介紹與本工作有關的波包動力學基礎理論。首先給出波包的基本概念以及在動力學中的應用，然后以雙原子分子為例展示了如何求解體系對應特定條件哈密頓量的含時薛定諤方程，提供了從求解耦合薛定諤方程到得出波包動力學信息的數(shù)值工具

5、。波包動力學的這些理論同飛秒時間分子物理和分子化學聯(lián)系起來了。
　　(2)利用傅立葉格點-哈密頓方法求解了含時薛定諤方程，得到基態(tài)束縛態(tài)的初始波函數(shù)，進而利用激光脈沖作用得到相應激發(fā)態(tài)波包。利用劈裂算符-傅立葉變換方法演化波包，從而實現(xiàn)波包的傳播。計算過程中利用傅立葉變換方法實現(xiàn)坐標空間和動量空間的表象變換，來實現(xiàn)哈密頓算符對波函數(shù)的作用，這是因為坐標表象中勢能算符是對角化的，而動能算符在動量表象中是對角化的。
　　(3)計

6、算了NO分子和ClO基基態(tài)和激發(fā)態(tài)上不同振動能級的粒子數(shù)布居隨激光參數(shù)的變化情況。計算結果表明，隨著激光參數(shù)的改變激發(fā)態(tài)上耦合最強的振動能級，即激發(fā)態(tài)上處于共振區(qū)的振動能級粒子數(shù)最多，通過改變激光參數(shù)可以改變激發(fā)態(tài)上的共振區(qū)域，從而使不同振動能級的粒子數(shù)發(fā)生改變。泵浦-探測延遲時間也會對不同振動能級的粒子數(shù)布居有影響，因為延遲時間的改變導致兩束激光的耦合強度不一樣。所得的結論不僅有助于理解強場下分子的動力學行為，而且對實現(xiàn)激光能量控制化