一维团簇模型的强光电离研究

论文摘要

原子分子光物理是一重要的物理学研究领域。随着超短超强激光技术的迅猛发展,强激光与物质的相互作用已成为当前科学研究的热点前沿之一。作为介于气体与固体之间的一种特殊的物质形态,团簇在强激光的作用下所发生的效应具有重要的研究意义和潜在的应用价值。研究强激光与团簇的相互作用,对超短波长的X射线辐射、高能电子和高能离子的产生以及激光诱导核聚变等科学领域都有着重要的意义。在强激光与团簇相互作用所产生的各种效应中,光电离是一个广泛研究的课题。本论文主要对线性惰性气体链团簇在强激光下的电离行为进行了数值模拟研究,还涉及到一维氢分子离子的全动态光电离模型的研究,以及初步的飞行时间质谱实验设计,主要内容包括:（1）一维半经典全动态H2+模型的强光电离:建立一维半经典全动态的H2+模型,质子作为经典粒子,电子作为物质波,通过求解含时薛定谔方程分析电离过程;提出了瞬时计算绝对和相对电离速率的方法,对H2+的电荷共振增强电离（CREI）效应进行分析并给出理论解释。（2）线性Hen （n=2,3,5,7）团簇的基态:阐述量子化学、从头计算法和密度泛函理论的基本原理,并在此基础上选取合适的基组对Hen团簇进行几何结构优化,并对每种团簇都取一系列核间距值进行自洽场计算,求解团簇基态的各分子轨道和电荷密度分布。根据量子化学原理,提取并处理得到的数据,构造团簇基态的数值解。（3） Hen团簇在强激光作用下的电离:对团簇基态各分子轨道波函数进行一维化处理和网格拓展,并将其作为初态,加入光场项,求解含时的Kohn-Sham方程,得到以下模拟计算的结果: a)稳定构型的电离曲线呈指数衰减趋势,电离速率与光强有关;b)理论上存在着增强电离效应,与H2+的CREI效应比较,增强电离峰值位置小于稳定构型的核间距值; c)分析比较不同核间距下团簇电离曲线形状的异同;d)分析原子在链中的位置与电离速率的关系,说明了相邻原子势场的影响。（4）初步设计了强激光与物质相互作用的飞行时间质谱实验,对后续研究工作提出展望。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 强激光与团簇相互作用研究概况
• 1.1 团簇的定义、分类与制备
• 1.2 强激光与团簇相互作用的研究意义与研究现状
• 1.2.1 研究意义
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 主要的理论和实验研究方法
• 1.4 本研究组的前期工作及本课题的研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 量子化学、从头算法与密度泛函理论
• 2.1 量子化学积分与原子轨道
• 2.1.1 STO
• 2.1.2 GTO
• 2.2 用GTO 拟合STO，基组
• 2.3 自洽场理论、分子轨道与从头算法
• 2.4 密度泛函理论
• 2.5 波函数的含时演化
• 2.6 原子单位制
• 2.7 本章小结
• 第三章 非波恩-奥本海默近似下一维H2+的强光电离研究
• 3.1 氢分子离子与CREI 效应
• 3.2 半经典全动态的非波恩-奥本海默近似一维氢分子离子模型
• 3.3 电离速率（Ionization Rate）的计算方法
• 3.3.1 电离速率的计算
• 3.3.2 吸收网罩，拟合与平滑方法
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 弱光强下的隧道电离阶段
• 3.4.2 隧道电离阶段
• 3.4.3 隧道电离到过垒电离区
• 3.4.4 电子几率振荡与电荷共振
• 3.5 本章小结
• 第四章 线性惰性气体链团簇在强激光下的电离行为
• 4.1 Gaussian03, 体系基态的数值解
• 4.1.1 几何结构的优化
• 4.1.2 体系基态的数值解
• 4.2 波函数一维化与z 向网格拓展
• 4.3 含时演化，未电离电子数和电离速率的算法
• 4.4 强激光作用下的结果与讨论
• 4.4.1 不同光强下的电离曲线
• 4.4.2 增强电离效应
• 4.4.3 不同R 值电离曲线形状的差异
• 4.4.4 原子位置与光电离速率的关系
• 4.5 本章小结
• 第五章 TOF-MS 实验设计与研究工作展望
• 5.1 Q-S Nd:YAG 激光系统
• 5.2 TOF-MS 谱仪的实验设计
• 5.3 实验系统的测试方法
• 5.4 研究工作计划与展望
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢