超短脉冲激光作用下的线性分子排列与高次谐波辐射研究

论文摘要

线性分子在超短脉冲激光场作用下的排列对其电离和发射高次谐波有重要的影响。本论文主要对线性分子在飞秒光作用下的排列作了计算和分析。并在实验上开展了以CO2为样本的线性分子在超短脉冲激光场中的高次谐波辐射研究。在线偏振超短脉冲激光场的激发下,分子或分子系综会产生较宽的随时间演化的波包。波包内各个转动本征态相干叠加,使分子或分子系综周期性地沿着激光场的偏振方向排列。文中计算了N2分子、N2分子系综、CO分子系综和CO2分子系综在单脉冲飞秒光作用下的排列。并分析了激光强度、分子初始转动温度以及奇态偶态对分子排列的影响。多个超短脉冲激光组成的脉冲序列可以提高分子的排列状态。论文中计算了两个飞秒光组成的脉冲序列作用时,N2分子、N2分子系综和CO分子系综的排列,并分析了第二个飞秒光到达时刻分子或分子系综分别平行和垂直激光场对分子排列的影响以及第二个飞秒光的强度对分子排列的影响。椭圆偏振飞秒光对分子的排列与线偏振的情况不同。文中分析了椭圆偏振光的离心率和激光强度对N2分子、N2分子系综和CO分子系综排列的影响。并用坐标表象下分子波函数的几率密度随角度的分布直观地显示了椭圆偏振光作用下分子的排列状态。可以看到,分子沿θ角方向和φ角方向排列最好的时候,分子沿Z轴和XOZ平面方向的分布几率最大。实验上,利用静态真空靶室和软X射线光谱仪开展了以CO2为样本的线性分子在超短脉冲激光作用下的高次谐波实验。实验表明,气体的压强和气体盒与激光焦斑的相对位置都会对CO2分子的高次谐波产生影响。最后,对全文的研究内容作了总结。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的主要目的和意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.2.1 激光场作用下分子排列的研究现状
• 1.2.2 激光场排列分子在高次谐波研究领域的应用现状
• 1.2.3 激光场排列分子在电离解离方面的应用现状
• 1.2.4 激光场排列分子在同构异形体和同位素选取的应用现状
• 1.2.5 激光场排列分子在其他方面的应用现状
• 1.3 本文的主要研究内容及结构安排
• 第2章 线性分子在激光场作用下排列的理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 激光场的形式
• 2.3 分子与激光场作用时的诱导偶极矩势能的分析及哈密顿量H
• 2.3.1 双原子分子的动能哈密顿量
• 2.3.2 分子在电场中诱导偶极矩势能的推导
• 2.3.3 分子的固有偶极矩在激光场中的哈密顿量
• 2.4 激光场作用下分子波函数的运动方程
• 2.4.1 分子的态函数在角动量表象下的分量波函数Clm （ t） 的运动方程
• 2.4.2 Schr（o|¨）dinger 方程中跃迁矩阵元的计算和球谐函数的表示
• 2.5 表示分子或分子系综排列状况的方法
• 2θ>>表示分子系综的排列状态'>2.5.1 用<2θ>>表示分子系综的排列状态
• 2.5.2 用波函数在角空间的分布表示分子系综的排列状态
• 2.6 与分子转动相关的一些问题
• 2.6.1 分子的无场自由转动特性
• 2.6.2 同核双原子分子转动态的特殊性
• 2.7 本章小结
• 第3章 线性分子在线偏振飞秒光作用下的排列
• 3.1 引言
• 2 分子在线偏振飞秒光作用下的排列'>3.2 N₂分子在线偏振飞秒光作用下的排列
• 2 的单分子在飞秒光作用下的排列'>3.2.1 N₂的单分子在飞秒光作用下的排列
• 2 分子系综在飞秒光作用下的排列'>3.2.2 N₂分子系综在飞秒光作用下的排列
• 3.3 CO 分子系综在线偏振飞秒光作用下的排列
• 2 分子系综在线偏振飞秒光作用下的排列'>3.4 CO₂分子系综在线偏振飞秒光作用下的排列
• 3.5 本章小结
• 第4章 线性分子在两个相继的飞秒光作用下的排列
• 4.1 引言
• 2 分子在两个相继的飞秒光作用下的排列'>4.2 N₂分子在两个相继的飞秒光作用下的排列
• 2 分子的排列'>4.2.1 N₂分子的排列
• 2 分子系综的排列'>4.2.2 N₂分子系综的排列
• 4.3 CO 分子系综在两个相继的飞秒光作用下的排列
• 4.3.1 第二个飞秒光到达时刻CO 分子系综平行激光场排列
• 4.3.2 第二个飞秒光到达时刻CO 分子系综垂直激光场
• 4.4 本章小结
• 第5章 线性分子在椭圆偏振飞秒光作用下的排列
• 5.1 引言
• 5.2 椭圆偏振光对线性分子排列的处理方法
• 5.2.1 椭圆偏振光和线性分子相互作用的Hamilton
• 5.2.2 分子在椭圆偏振光作用下排列状态的表示方法
• 2 分子在椭圆偏振飞秒光作用下的排列'>5.3 N₂分子在椭圆偏振飞秒光作用下的排列
• 2 分子排列的影响'>5.3.1 不同的椭圆离心率e 对N₂分子排列的影响
• 2 分子排列的影响'>5.3.2 椭圆偏振光的光强对N₂分子排列的影响
• 2 分子排列最好时波函数的空间角分布'>5.3.3 离心率e=0.8 且N₂分子排列最好时波函数的空间角分布
• 2 分子系综在椭圆偏振飞秒光作用下的排列'>5.4 N₂分子系综在椭圆偏振飞秒光作用下的排列
• 2 分子系综排列的影响'>5.4.1 不同的椭圆离心率e 对N₂分子系综排列的影响
• 2 分子系综排列的影响'>5.4.2 椭圆偏振光的光强对N₂分子系综排列的影响
• 2 分子系综排列最好时波函数的空间角分布'>5.4.3 离心率e=0.8 且N₂分子系综排列最好时波函数的空间角分布
• 5.5 CO 分子系综在椭圆偏振飞秒光作用下的排列
• 5.5.1 不同的椭圆离心率e 对CO 分子系综排列的影响
• 5.5.2 椭圆偏振光的强度对CO 分子系综排列的影响
• 5.5.3 离心率e=0.8 且CO 分子系综排列最好时波函数的空间角分布
• 5.6 本章小结
• 第6章 线性分子在超短脉冲激光作用下的高次谐波辐射实验研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验仪器及实验光路
• 6.2.1 实验仪器
• 6.2.2 实验光路
• 6.2.3 实验光路的优化
• 2 高次谐波的影响'>6.3 气压对CO₂高次谐波的影响
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢