双色激光场中激光强度和脉宽对线性多原子分子离子电离的影响

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1、第17卷第5期强激光与粒子束Vol.17，No.52005年5月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSMay,2005文章编号:1001-4322(2005)05-0693-07双色激光场中激光强度和脉宽对线性多原子分子离子电离的影响’石春花’，邱锡钧‘，李儒新“(1.上海大学物理系，上海200436;2.中国科学院上海光学精密机械研究所，上海201800)摘要:利用强激光场电离和离解分子来研究分子激发态的波包结构是强场物理的重要研究方向。利用短时指数传播子对称分割法和快速傅里叶变换技术，数值求解了一维含时Schr6dinger方

2、程，探讨了双色激光场中激光的基波和谐波强度之间的不同配比以及脉宽对线性多原子分子离子电离的影响。理论计算结果表明:基波和谐波的相对相位为二时，尽管随着激光的基波和谐波强度之间配比的变化，电离几率随原子间距变化的趋势基本保持不变，但在一定的激光基波强度下(1.2X10'3^-1.2X1015W/cm2)，激光基波强度的变化可以明显改变电离几率随原子间距变化的趋势.另外，激光脉冲的持续作用可以增强分子的电离，取原子个数为5，基频光波长为800nm，基波与谐波的强度配比为4,频率配比为2，当其作用时间达到75fs时，电离基本接近饱和。采用外静电场电离模型能够

3、合理地解释这些现象。关键词:双色激光场;激光强度;脉冲时间;电离;含时Schrodinger方程中图分类号:0437文献标识码:A众所周知，美国劳仑斯·利弗莫尔国家实验室已建成输出为1.5PW(1PW=1015W)的高功率激光系统[1-41，它的聚焦辐射强度对应的电场强度可达1013V/m量级，大大超过介质内部的库仑场强。这样强的激光束对物质的电离和高离化态离子的产生都有重大的意义[51。当激光场强接近原子单位场强时，出现了许多新的非线性的物理现象，如气体原子与强激光相互作用中产生的高次谐波[6,71.闭上电离(ATI)[8I以及原子的稳定化[9,10

4、〕等，这些现象需要用非微扰理论和非线性量子理论来重新诊释。经过十多年的研究，理论和实验取得了很大的进展[11,121。强场物理的一个重要的研究方向就是探索强脉冲激光在控制基元化学反应动力学方面的作用以及利用强脉冲激光场电离和离解分子来研究分子激发态的波包结构。最近几年，关于双色激光场的基波和谐波控制多原子分子离子电离的研究已经展开[13]，但是仍然有不少问题值得进一步探讨，本文将通过数值求解一维含时Schr6dinger方程来着重研究双色激光场中激光强度以及脉宽对线性多原子分子离子电离的情况。1理论模型一般来说，三维含时Schrodinger方程是最符

5、合实际情况的，它不仅可以研究线偏振光对分子离子的增强电离作用，还可以研究圆偏振光和椭圆偏振光的增强电离作用。但是，要对三维含时Schrodinger方程进行数值求解是很麻烦的，必须在大型的计算机上才可以实现;另一方面，Corkum研究组[14,15〕对一维、二维和三维的H才离子分别进行了数值模拟，发现三种模型中，增强电离现象出现的范围均在原子核间距为3au(au是原子单位)附近处，且电离几率值也几乎相同，这就意味着分子模型的维数对增强电离的影响不大。实际上，相对于三种不同的维数，真正对增强电离有影响的是激光的偏振方向。为此，在本文中，我们可以合理地考虑

6、采用一维线性多原子分子离子来进行数值计算。1.1定态Schr6dinger方程在本文中，我们采用了原子单位，即:m=e=h/2二二1，对于一维线性多原子分子离子，定态Schr6dinger方程可以表示为。13z.二，，。L-二;-下十vL找9X)]O(x)=助(x)(1)‘口‘丈~2004-06-14;修订日期:2005-01-17国家自然科学基金资助课题(19974058)石春花(1981-)，女，上海大学硕士生，主要从事强激光与物质相互作用的研究;E-mail:shi-chunhua)163.com.强激光与粒子束第17卷式中:。为能量本征值;V(

7、R,x)为势函数，在这里采用消除了奇异性的软核模型[16〕势函数，其具体形式如下一1(2)V(R,x)一习n二一(N-D121+(x+rtR)2式中:N为原子个数;R为相邻原子间的距离;x为电子坐标。数值求解定态Schrodinger方程便可以得到束缚电子的初始波函数0,(x).1.2线偏振双色激光场线偏振双色激光场表达式为E(t)=E(t)e=f(t)·[Efcos(wft)+EhCOS(Wht+(P)]e(3)式中:Ef,Eh分别为激光场中的基频光和倍频光的电场强度幅值;Ct)f+(Oh分别为基频光和倍频光的频率;91是双色激光场的相对相位;f(t

8、)为激光脉冲时间的包络因子，其具体形式[17〕为‘1sin'(黑-)，10(t毛讥n

9、一’2T