含时波包法研究小分子光解离动力学

论文摘要

强激光场下分子的光电离和光解离多年来一直是人们关注的课题。而在研究分子反应散射时被证明是一种非常有效方法的含时波包动力学理论在分子物理和场与分子相互作用等研究领域也有着广泛的应用。含时波包法有许多优点,除了数值计算上的高效率外,该方法还为动力学提供了物理意义明确而直观的图像,它既具有经典的直观,又不乏量子力学的准确。另外,含时量子波包法尤其适用于研究体系随时间演化的问题,因而是研究分子光解问题的有力工具。目前对强场下分子的光解离动力学行为的理论研究主要集中在一些小分子上。对小分子的动力学理论处理中,一维两态问题是最简单的情况。对激光场下小分子光解离的处理不仅对处理大分子的强场效应有借鉴作用,对理解和实施原子与分子过程的激光操控也具有重要的理论和实践意义。本论文利用量子力学含时波包传播中的分裂算符-傅立叶变换方法研究了HCl分子从基态X 1∑+不同的振动量子态v =0,1,2,3上跃迁到激发态A 1∏上的总吸收截面,主要进行了以下几个方面的工作:1.利用傅立叶格点-哈密顿方法（FGH）求解了含时薛定谔方程,得到基态束缚态不同振动能级的初始波函数,进而利用激光脉冲作用得到相应激发态波包。2.利用劈裂算符-傅立叶变换方法实现波包的传播。计算过程中利用傅立叶变换方法实现坐标空间和动量空间的表象变换,来实现哈密顿算符对波函数的作用,因为在坐标空间势能算符是对角化的,而动能算符在动量空间是对角化的。3.计算了HCl分子从基态束缚态的不同振动能级跃迁到激发态总的光解截面。从计算结果可以看出,所有吸收谱均表现出一个谐振行为,每一个振动态吸收谱最小值的个数恰好等于其基态波函数节点的个数,我们认为这是因为节点反射原因造成的,这也符合反射定律。这个结果说明从基态的不同振动态激发对总的光解截面会有一定的影响,因为HCl分子光解碎片Cl原子的自旋轨道分支比与初始激发的吸收截面有一定关系,所以光解截面的这种谐振行为,可以影响不同通道不同产物的量子产率,因此这对实现激光控制化学反应,达到控制不同反应通道分支比的目的。论文共分为五章。第一章为综述,主要从总体上介绍了分子反应动力学的基本理论及含时波包法的发展。第二章介绍了光解反应的几种类型。第三章介绍了模拟过程所用到的理论。在第四章中,我们给出了计算HCL分子光解离基本理论和计算结果,利用含时波包传播中的分裂算符—傅立叶变换方法模拟得到了从基态不同振动能级激发的光解截面。通过对光解截面的分析,得到了基态不同振动态上对吸收截面的影响。第五章是本论文的结束语,简要地对本论文进行了总结。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 综述
• 1.1 分子反应动力学的基本理论方法
• 1.2 波包动力学的发展及应用
• 第二章 光解反应的类型
• 2.1 直接光解离
• 2.2 振动预解离
• 第三章 含时波包理论方法
• 3.1 波恩-奥本海默近似（Born-Oppenheimer approximation）
• 3.2 格点表象和有限基表象
• 3.3 含时薛定谔方程
• 3.4 时间传播的劈裂算符方法
• 3.5 吸收势的选择
• 3.6 波函数的分析
• 3.6.1 总的吸收截面
• 3.6.2 微分散射截面
• 第四章 含时波包方法研究HCl 分子光解动力学
• 4.1 引言
• 4.2 基本理论
• 4.2.1 求解薛定谔方程
• 4.2.2 快速傅立叶变换
• 4.2.3 吸收势
• 4.2.4 光解离吸收截面
• 4.3 计算结果
• 4.3.1 体系初始波函数
• 4.3.2 光解截面
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢