強激光與原子、分子及晶體材料相互作用的超快動力學研究.pdf

1、超短、超強激光與物質相互作用作為探索物質內部結構和動力學過程的理論和實驗研究，經(jīng)過數(shù)十年的迅速發(fā)展，目前已經(jīng)成為世界上最活躍、最前沿的科學研究領域之一。本論文主要從理論上研究強激光與物質相互作用產(chǎn)生的超快動力學現(xiàn)象，研究對象由傳統(tǒng)的氣相原子、分子延伸至凝聚態(tài)固體材料。
　　第一章，首先簡單介紹了激光技術的發(fā)展以及激光技術對強場領域的重要影響，并引入了強激光與原子、分子相互作用可能產(chǎn)生的一些物理過程，重點介紹了原子與分子高次諧波的產(chǎn)

2、生機制、研究意義及目前所需要解決的一些問題。隨后我們介紹了分子結構超快動力學成像方法。最后闡述了強激光與固體材料相互作用的應用以及固體高次諧波在實驗和理論上的研究進展。
　　第二章，針對如何提高高次諧波轉換效率的問題，我們通過含時量子波包方法對強激光場下的H2+和HeH2+分子產(chǎn)生高次諧波的現(xiàn)象進行研究，發(fā)現(xiàn)當分子核間距較大時，來自分子和分子中原子的諧波光譜平臺區(qū)可以有效地被區(qū)分，其中分子平臺區(qū)的諧波效率要比原子平臺高出幾個數(shù)量級

3、。我們建立了一種關于分子平臺超連續(xù)譜起源的物理模型，同時揭示了分子平臺區(qū)是由于在激光作用下，位于兩個勢阱分子內電子波包轉移相干產(chǎn)生的。我們理論上證明，考慮宏觀傳播效應，優(yōu)化氣體靶的密度實現(xiàn)合適的相位匹配，可以獲得高效率的分子諧波平臺，從而實現(xiàn)超強的孤立阿秒脈沖。
　　第三章，針對如何延展高次諧波截止區(qū)能量的問題，我們通過求解一維和三維含時薛定諤方程，理論研究He原子在空間非均勻激光場中高次諧波的產(chǎn)生過程。發(fā)現(xiàn)在空間非均勻激光場中，

4、高次諧波截止區(qū)能量會得到延展，并且非均勻場的空間對稱性極大地影響電子波包的運動，進而影響諧波輻射。結合雙色疊加場技術，具有不對稱空間非均勻特性的多周期激光脈沖能夠產(chǎn)生相干極紫外超連續(xù)光譜，從而可以用來產(chǎn)生孤立的超短阿秒脈沖。此外，我們研究了在非均勻激光場中H2+體系高次諧波的產(chǎn)生過程，發(fā)現(xiàn)當核間距較大時，在諧波譜的高能部分能清晰地觀測到由分子中兩個原子中心干涉導致的極小值。
　　第四章，基于激光誘導電子衍射和一維分子準直技術，我們

5、發(fā)展了兩種有效的方法，通過強激光與多原子分子CF4、ClCF3相互作用得到的閾上電離譜中提取的電子衍射圖樣，重構多原子分子的二維結構。同時，我們證明電子衍射圖樣中的散射角和寬的電子能量范圍都能被用來獲取分子結構信息，且起到互補的作用。
　　第五章，我們將高次諧波的研究由傳統(tǒng)的氣體原子、分子擴展到固體材料。通過求解改進后的半導體布洛赫方程，理論上研究了強激光場中α石英結構SiO2晶體高次諧波的產(chǎn)生。利用第一性原理計算得到的精確能帶結