强场下NH3分子多光子电离的含时波包动力学研究

论文摘要

分子反应动力学是从原子、分子层次出发研究化学反应微观动态和机理的科学,它的研究不仅可以阐明分子反应过程中各种瞬态物质的结构、性质和作用,还能通过对态-态反应动力学,以及对分子相干态之间作用的深入研究来阐明化学反应的内在规律。波包动力学是物理化学的重要分支,其理论框架在分子物理及场与物质相互作用方面都有很多应用。飞秒激光技术的出现及其迅速发展,特别是在物理和化学中的应用客观上促进了波包动力学的发展。强激光场下分子的光电离和光解离已引起人们多年的关注。处于强激光场中的原子和分子相对于其在弱场中的动力学行为表现出更多新的特征。目前对强场下分子的光电离动力学行为的理论研究主要集中在一些小分子上。对强场下小分子多光子电离的处理不仅对处理大分子的强场效应有借鉴作用,而且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。自从P. Johnson等首先把多光子电离技术应用于分子体系,实现了分子的共振增强多光子电离（REMPI,Resonance Enhanced Multiphoton Ionization）,多光子电离技术就成为研究电子激发态包括无荧光辐射态的有效工具。分子的共振增强多光子电离光电子能谱可以提供与中间激发态特征有关的信息。其最大的优点就是任何能够被激光电离的电子激发态都可以利用它进行研究。本论文利用量子力学含时波包法研究了强场下NH3分子的2+2多光子电离光电子能谱。主要进行了以下几个方面的工作:（1）首先给出了NH3分子（X|）态、（A|）态、（X|）+态的两维解析势能面,以及（X|） - （A|）和（A|）-（X|）+的跃迁偶极矩。同时为了简化薛定谔方程中的动能算符,我们采用质量加权坐标,将NH3分子势能面及相关跃迁偶极矩的解析式在质量加权坐标系中表示出来。（2）计算过程中利用离散变量表示（DVR）方案和分裂算符方法,实现了哈密顿对波函数的作用并最终得到了NH3分子的2+2多光子电离的光电子能谱。所得结果与实验结果符合较好。同时还研究了NH3分子激发态Α态势能面随激光强度的变化情况。（3）通过对NH3分子光电子能谱的分析,得到了强场对NH3分子势能面施加影响的信息。结果表明,激光强度不同,NH3分子势能面的位置有所不同,从而导致了光电子能谱的强度也发生了不同的变化。所得结论不仅有助于理解强场下分子的动力学行为,而且对实现激光控制化学反应也有意义。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动力学的发展。第二章介绍了光电离过程以及共振增强多光子电离技术。第三章介绍了模拟过程所用到的基本理论、概念及计算方法。在第四章中,我们利用DVR方案和劈裂算符方法计算得出了NH3分子2+2多光子电离的光电子能谱。通过对强场下光电子能谱的分析,得到了激光场对NH3分子势能面施加影响的信息。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

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 分子反应动力学简介
• 1.2 波包动力学发展简史
• 第二章 多光子电离技术和光电子能谱概述
• 2.1 多光子电离过程
• 2.2 共振增强多光子电离光电子能谱
• 第三章 基本理论
• 3.1 基本概念
• 3.2 含时波包的传播方法
• 3.3 数值计算
• 3.4 对电离连续态的处理
• 3.5 光电子能谱的给出
• 3分子多光子电离光电子能谱的理论研究'>第四章 NH₃分子多光子电离光电子能谱的理论研究
• 4.1 引言
• 4.2 理论计算
• 4.3 结果与讨论
• 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