强激光场中氘原子相对论高次谐波的计算new

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1、斗1999[~9月安徽大学学报(自然科学版)Septemlzr1999第23卷第3期JournalofAnhmUniversi~NaturalSoAeneeEditionVol23No3强激光场中氘原子相对论高次谐波的计算温吉华，李凯红(中国科技琵螽肥230036)c；2摘要：研究相对论领域内，激光场的强度对氘原子辐射高次谐波的效应。结果表明激光场的强度越强则氘原子辐射出谐波越多。同时对激光场的强度与氘原子辐射谐波在空间分布关系也进行了分析和讨论。关键词垡重墅；藿壁盔星直彗分类号：05621文献标识码：A1—040

2、引言在激光场的作用下原子能向外辐射出具有一定强度的高次谐波已经被一些实验和文献证实和研究】。由于强激光场在惯性约束核聚变、激光化学等领域有重要的应用背景。所以在激光场中原子辐射出高次谐波的新物理现象越来越多的引起人们的兴趣。特别是当场强足够高时，若原子中电子在激光场中感应的平均速度接近于光速，则非相对论处理方法不适用。目前关于相对论范围内，在超强激光场的作用下原子辐射出的高次谐波还有待于深入研究。作者运用氘原子经典模型和理论，借助于经典的蒙特卡罗方法，在相对论范围内模拟和计算出在不同激光强度条件下辐射出的高次谐波的

3、变化和空间分布的规律。第二节介绍基本理论和计算方法，第三节对模拟结果进行分析和讨论。1氘原子理论和计算方法根据经典的氘原子模型理论．电子绕原子核作椭园轨道运动，电子绕核运动的微观效果可以用一个能量分布函数p(e)来表示(e)(E—M)(1)式中u=(一0．5，n2)a．u，是氘原子的内能，n为主量子数，电子绕核运动应遵循开普勒方程一esin~=d(2)式中E、e、a分别表示椭园的偏近点角、偏tL,率和平近点角，文献[5中给出这些量也真近点角E、电子绕核运动的角动量L、电子距原子核位移的绝对值P、电子的动量P之间的关

4、系“以及电子绕核运动的初速度，初位移各量的初始条件用欧勒角、、口、表示式。设。、e、cos0、≯、在各向同性的空间中均匀分布，则有。。O≤≤丌O≤e≤一l≤c0s≤10≤≤2O≤妒≤2收藕日期：1999—04—25基金项目：国家863高技术惯性约束核聚变主题基金资助作者简介：温吉华(1956一)，男．安徽省风阳县人，安徽省滁州师专物理系，副教授安徽大学学报(自然科学版)第23卷上述的初始条件可由计算机根据各量的取值随机选取，每先定一组值则确定了氘原子的核外电子绕核运动的一个椭园轨道和初始位置。当电子在激光场和原子核

5、的库仑场中运动时，其运动方程为：(￡)c∞(“一k·r+≠)一lrl虬+x^(￡)日0CO8(“一k．r+)(3)C“式中为电子的速度，k为激光场的传播方向，风和f0分别表示激光场的电场和磁场的。。，，幅值矢量取Eo=凰。h(t)为激光的包络函数，取值为：¨“o<

6、。图l且是激光的电场强度E=2000a．u的情形。图1b和图1c分别为E=2o0a．u和E=lOa．u；图中的激光场的磁场分量H=0。从图中可以看出随着激光场强度的增强氘原子辐射的谐波越多，而且强度太，当E=200a．U和10a．U时，辐射出的高次谐波较少且强度相对较弱。对于这种现象可以这样理解，对激光场不十分强但已经强到可改变原子势垒形状时，这时电子在变形的势垒中运动，变得非常偏离简谐振荡，这样的高阶非简谐振荡(束缚一束缚)可以诱导出高次谐波，随着激光场的进一步增强，原子势垒变形加剧，在上半个激光周期的电场的作用

7、下电子穿越势垒发生遂道电离，紧接着在激光场的下半个周期里，许多自由电子又随激光场的转向得到向心的加速度，快速地与离子复合，这种快速振荡运动(束缚一自由一束缚)所辐射出的高次谐波较激光强度相对较弱时多。所以对应氘子激光强度较强时的激光条件辐射出的高次谐波越多，对于较弱的激光条件氘原子辐射谐波越少。2．2激光场强度与辐射谐波的空间分布的关系可以看出在不同强度的条件下，氘原子辐射出的高次谐波图可参阅文献，氘原子辐射出的谐波几乎全部集中于z方向，而x方向几乎为零，这种现象可以这样来理解，因为人射激光的电场E分量沿z方向，磁

8、场分量H沿x方向，传播沿Y方向，由于激光场强度比较强，所以氘原子处于电离状态。脱离了原子核束缚的电子在激光脉冲的加速下，高速地运动，根据电磁场理论，它所辐射的电磁波应遵循李纳维谢尔势，在远场近似中电子辐射的电磁波可由下式来确定第3期沮吉华等：强激光场中氘原子相对论高次谐波的计算33晟‘．型c』二e-dE(1一)C辐射能量S6420．f32ll020304o5