原子(离子)分子在强激光场中的电离

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1、西北师范大学硕士学位论文atomichydrogenandhelium.ThenwecomparephotoelectronspectrumofhydrogentotheresultsofChenetalwhoobtainedbyexactlysolvingtime-dependentSchrödingerequation.Accordingtoourstudy,wefindthatthetwomethodscangivethesameresults.Keywords:intenselaserfield,tunnelionization,ADKmodel,MO-ADKmodel,a

2、bovethresholdionization.V独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解西北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论

3、文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：第一章概述第一章概述本章简要介绍了原子与激光场相互作用的一些现象、概念、研究现状、研究意义，以及本文的主要工作。1.1多光子过程1888年，H.Hertz发现了光电效应。经实验研究发现，当光照射到固体表面上时，若光的频率小于固体的临界频率时，无论照射光的强度多大，都观察不到光电子的产生。而当光的频率大于固体的临界频率时，无论照射光的强度多弱，只要光一照上，[1]−9几乎立刻(10)≈s产生光电子，这种现象是经典电磁理论无法解释的。1905年，Einstein运用Planck的量子假设解决了光电效应问题，并提出了光量子概念。

4、他认为辐射场是由光子组成的，每个光子的能量为ε=hν==ω，即光子的能量与光的频率成正比，而与光强度无关。一个电子每次只吸收一个光子，而同时吸收多个光子的几率很小。当入射光频率足够大以至超过固体的临界频率时，电子吸收单个光子，克服固体对它的束缚而逸出，成为光电子。因此，在光电效应中，光电子的发射过程属于单[2]光子过程。虽然，早在1950年Hughes和Grabner就已观察到射频波段内的多光子跃迁，但是，观察到晶体的多光子吸收和原子的多光子吸收则是在60年代初激光出现以[3,4]后。由于激光具有亮度高、相干性好的特点，即使在光强较弱的情况下，每立方厘米的体积内仍有大量的光子处于同

5、一状态，使得原子或晶体同时吸收多个光子的几率大大增加。因此激光的出现使原子和晶体发生的多光子过程特别是多光子电离成为[5,6]可能，也成为目前人们研究的一个活跃领域。近年来，随着激光技术的迅速发展，原子分子与激光相互作用问题已成为理论和实验的研究热点。应用当前的强激光技术，价电子与激光相互作用能已远大于其束缚能。因此，原子分子以及固体在强激光场中会发生一些有趣的多光子现象。如：多光子电离，阈上电离，隧道电离，高次谐波的产生，电离抑制等。为了弄清这些现象，我们需要细致地研究光电离过程。1西北师范大学硕士学位论文1.2多光子电离多光子电离(Multiphotonionization,M

6、PI)是指原子中的一个束缚电子吸收多个光子后从束缚态到连续态的跃迁过程。如图1.1所示。图1.1多光子电离机制示意图(取自文献[6])早期的多光子电离实验所得到的电离概率可用最低阶的微扰理论(LOPT)来解释[7,8]，n光子电离概率可近似示为：nΓ=σI(1.1)nn其中，n是电离所需的最少光子数，σ是广义电离截面，I是入射激光的强度。n尽管方程(1.1)形式简单，但为确保精确性，对高阶微扰使得σ的计算相当困难。n当入射光的强度进一步增强时，原子与激光场相互作用过程中，原子态会显著地偏离原来的未受扰动的态，即发生AC-Stark效应，这种能级移动是非微扰的，即使考虑高阶微扰项也无

7、法对实验结果做出合理的解释。[9]1979年Agostini等人在研究惰性气体原子在激光照射下的多光子自由－自由跃迁时，测量了光电子能谱后发现：光电子能谱由一些等间隔的分立的多个峰组成的，[10]相邻两个峰之间的间隔刚好是一个光子的能量。后来，Kruit等人详细观察了惰性气体Xe原子在不同的激光光强照射下所发射的光电子能谱。他们发现，当光电子电离时，除了吸收了电离所需要的最少光子数外，还吸收了额外的数量不等的光子，从而产生了自由－自由的跃迁，这种现象称为阈上电离(Ab