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1、第16卷第4期原子与分子物理学报Vol.16,.41999年10月CHINESEJOURNALOFATOMICANDMOLECULARPHYSICSOct.,1999文章编号:10000364(1999)04058705超短脉冲激光与钾原子的相互作用戴长建(浙江大学物理系,杭州310027)摘要:采有耦合和非耦合表象,描述了超短脉冲激光与钾原子的相互作用。分析了二步激发光电离的过程,导出了跃迁终态随激光偏振组合的密切关联。关键词:超短脉冲激光;偏振组合;相互作用中图分类号:O562.4文献
2、标识码:A1引言[1]随着飞秒量级光脉冲的出现,有关超短脉冲激光与原子间的相互作用的研究日益受[24][2]到重视。目前,配合各类干涉仪可使观察原子动力学过程的时间分辨率优于0.3fs。超短脉冲激光的宽频带输出特性被用于产生和探测原子激发态之波函数的相干迭加和直接[3][5]观测非定态演化过程。它比ns量级光脉冲与原子的相互作用更复杂,更有意义。本文拟研究受到不同偏振的光脉冲激发时,原子的状态变化及行为规律。这对于开展原子内部的瞬态过程,激光核聚变和激光分离同位素的研究均具有重要的意义。2二种表象当超短脉冲光激发原子时
3、会在其内部产生电子波包,其动力学特征决定于同时受到激发的电子态数目等。另一方面,对于单电子原子,其行为特征主要取决于其价电子,即价电子的状态基本代表了原子状态。本文以K原子为例,研究它在超短脉冲光的激发作用下的收稿日期:19990127基金项目:国家NSFC(19774048)、浙江省自然科学基金(197024)、国家863高技术惯性约束主题和曹光彪高科技发展基金的资助课题。作者简介:戴长建(1957-),男,山东青岛人,浙江大学物理系教授、博导,1987-1992年在美国弗吉尼亚大学研修,获硕士学位。1997-199
4、8年在意大利、法国访问研究,主要从事光学及原子物理学的研究。588原子与分子物理学报1999年跃迁规律。通常,可用一组基矢
5、lsjm唯一地确定电子的运动规律和行为特征,由于对应的算符2j和jz可对易,故称为耦合表象,用{lsjm}表示。同时,在讨论电子与光场作用时,电子的行为将随光场之偏振特性而变化。与电子的磁量子数m相关的跃迁选择定则决定了跃迁终态。由于m=ml+ms,故用另一组基矢
6、lsmlms描述电子的状态将使轨道与自旋角动2量通过它们的量子数ml与ms直观反映出来,具有较高的简洁性。由于j和j1
7、z和j2z都不对易,故称为非耦合表象,用{lsmlms}或{lmlsms}表示。在光场作用下,K原子从基态4s跃迁到4p态。由于电子的轨道角动量与自旋角动量间的相互作用而使4p电子产生精细结构分裂。由于4p1/2与4p3/2二能级之间的裂距为57.5-1-1[6]cm,故在通常ns脉宽激光场的作用下,激光频带宽度为1cm量级,光脉冲只能分别完成4s!4p1/2或4s!4p3/2这二种跃迁。当采用超短脉冲激光时,这两种跃迁会同时完成。例如:目前常用的掺钛蓝宝石激光器,其脉冲宽度仅为110fs,可以达到接近Fourier变换极-
8、1限的频带宽度=135cm,远远大于4p态的精细结构裂距。所以只需将激光波长调谐在两个共振波长4p=770nm和4p=766.5nm附近,即可同时产生上述二种跃迁。因此1/23/2采用波长为=770nm附近的超短脉冲将使K原子处于4p1/2和4p3/2相干迭加态,而且此混合态的特征将随光场之偏振特性而变化。同理,将此原子进一步激发直至电离,原子将始终处于多个激发终态混合而成的迭加态。而不同激发途径(通道)之间显然会产生干涉效应。为了研究上述相互作用,我们分别用{lsjm}和{lmlsms}表象表示原子基态,其结果为:在{
9、lsjm}表象中,
10、4s1/2=
11、01/21/21/2;在{lmlsms}表象中,
12、4s1/2=
13、001/21/2。3第一步激发考察K原子吸收一个波长为770cm的宽带光子从基态4s向第一激发态4pj(其中j=1/2和3/2)的跃迁过程,显然,光子的偏振性将决定原子的跃迁终态,它是4p1/2与4p3/2态的相干迭加。(1)!偏振此时选择则m=0,故在{lsjm}表象中,
14、4p1/2=
15、11/21/21/2,
16、4p3/2=
17、11/23/21/2;而在{lmlsms}表象中,它们均为二个基矢
18、111/2-1/2和
19、101/2
20、1/2的线性组合,即
21、4p1/2ab111/2-1/2=(1)
22、4p3/2-ba101/21/2利用两个角动量的耦合原理,易证a=6/3;b=-3/3。故在{lmlsms}表象中,611311
23、4p1/2=11--10(2)322322第16卷第4期戴长建等
