線偏振激光場中原子的多光子電離的光電子角分布研究詳解演示文稿

線偏振激光場中原子的多光子電離的光電子角分布研究詳解演示文稿第一頁，共二十頁。（優(yōu)選）線偏振激光場中原子的多光子電離的光電子角分布研究第二頁，共二十頁。光電子角分布的處理方法GAC理論框架：1）Volkov態(tài)描述自由電子在量子化的激光場中運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)2）以量子化的Volkov態(tài)為中間態(tài)將電力描述為兩個(gè)過程：激發(fā)過程和出場過程3）每個(gè)過程滿足能量、動(dòng)量守恒利用復(fù)合相位Bessel函數(shù)表征光電子的躍遷幾率振幅，將光電子的角分布與復(fù)合相位Bessel函數(shù)直接聯(lián)系起來第三頁，共二十頁。研究結(jié)果復(fù)合相位Bessel函數(shù)的性質(zhì)能夠表征光電子角分布的主要特點(diǎn)及其隨激光強(qiáng)度、頻率以及光電子能量的演化。該理論證實(shí)了實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)觀測到的各種光電子角分布，預(yù)言了實(shí)驗(yàn)上尚未觀測到的光電子角分布，確立了光電子角分布的標(biāo)度定律這篇文獻(xiàn)主要介紹強(qiáng)激光場中原子的多光子電離研究中有關(guān)光電子角分布的若干重要實(shí)驗(yàn)觀測及采用非微擾量子電動(dòng)力學(xué)對這些現(xiàn)象的處理。第四頁，共二十頁。ContentsGAC理論對光電子電離的處理1光電子角分布的噴射結(jié)構(gòu)2光電子角分布的標(biāo)度定律3結(jié)論與討論4第五頁，共二十頁。GAC理論對光電子電離的處理GAC理論用如下躍遷矩陣來描述多光子電離過程（1）

其中，是電子與光場分離的平面波態(tài)，是束縛電子本征態(tài)，分別為相互作用前后激光場中的光子數(shù)；所有滿足能量守恒的Volkov態(tài)為中間態(tài)，庫侖勢的作用只體現(xiàn)在束縛電子的初態(tài)上。第六頁，共二十頁。GAC理論成功的解釋了強(qiáng)光場中半過程的KD效應(yīng)光電子角分布的大角度分裂在光電子的出場過程中產(chǎn)生，受激光場的有質(zhì)動(dòng)力勢的散射而形成分裂角度的大小決定于光電子的動(dòng)量和激光場有質(zhì)動(dòng)力動(dòng)量的比值（相同強(qiáng)度的激光場中，低能量的光電子角分布的分裂角度較??；相同能量的光電子，低強(qiáng)度的激光場中產(chǎn)生較大的分裂角）半過程指電子只有出場過程而無入場過程理論與實(shí)驗(yàn)很好的吻合，檢驗(yàn)了理論的正確性，而且GAC理論是經(jīng)過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出的，與其他強(qiáng)場理論相比，具有更大的影響力第七頁，共二十頁。復(fù)合相位Bessel函數(shù)在單模激光場中，原子的電離伴隨著自發(fā)輻射，對于確定能量的光電子（即某一光電子峰），其產(chǎn)生速率可以表示為其中為光電子的微分立體角；是光電子的動(dòng)量，它們滿足能量守恒關(guān)系其中是電離過程中吸收的光子數(shù)，是激光場的優(yōu)勢動(dòng)力能，是靶原子的電離勢；（2）（3）第八頁，共二十頁。上述公式中，采用了一種帶相位的Bessel函數(shù)，它通過普通的第一類Bessel函數(shù)定義：該函數(shù)對復(fù)變量操作非常方便。線偏振激光場中位相Bessel函數(shù)與普通Bessel函數(shù)相同。借助相位Bessel函數(shù)，定義如下復(fù)合位相Bessel函數(shù)為（4）（5）（6）其中，（7）第九頁，共二十頁。研究發(fā)現(xiàn),電離過程中起主導(dǎo)作用的是(4)式中第一個(gè)復(fù)合相位Bessel函數(shù),它的階j表示電離過程中電子吸收的光子數(shù),其自變量由光電子的動(dòng)量和激光的強(qiáng)度、頻率等共同決定.復(fù)合相位Bessel函數(shù)值的變化,決定了光電子角分布的主要特征及其演化.第十頁，共二十頁。光電子角分布的噴射結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)觀測顯示，除了沿著激光偏振方向的主枝結(jié)構(gòu)之外，光電子的角分布具有許多微結(jié)構(gòu)。隨著激光強(qiáng)度、頻率以及光電子能量的不同，主枝結(jié)構(gòu)、噴射結(jié)構(gòu)的大小、數(shù)目都會發(fā)生變化重要實(shí)驗(yàn)觀測：1)Richle等人觀測到雙光子過程的光電子角分布,當(dāng)激光強(qiáng)度的增加時(shí),噴射結(jié)構(gòu)漸漸增大,最后主枝結(jié)構(gòu)消失,光電子的角分布呈現(xiàn)出由展寬了的噴射結(jié)構(gòu)所形成的一鐘型分布2)Nandor等人觀測到,對一組連續(xù)的ATI峰,多吸收一個(gè)光子,其光電子角分布中的噴射結(jié)構(gòu)數(shù)也增加一個(gè)第十一頁，共二十頁。GAC理論計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果表明：1）光電子的角分布具有沿著激光偏振方向的主枝結(jié)構(gòu),還有從主枝結(jié)構(gòu)腰部伸出的噴射結(jié)構(gòu)2）隨激光強(qiáng)度、頻率以及光電子能量的不同,主枝結(jié)構(gòu)可能分裂、消失,噴射結(jié)構(gòu)的數(shù)目以及大小都會有明顯的變化3）噴射結(jié)構(gòu)可能會大于主枝結(jié)構(gòu)而成為光電子角分布的主要部分第十二頁，共二十頁。研究發(fā)現(xiàn),在多光子電離過程中,電子的躍遷幾率幅可由復(fù)合相位Bessel函數(shù)來描述。復(fù)合相位Bessel函數(shù)的值隨自變量Z的增加而振蕩地增加,從而形成一系列的極值點(diǎn);對應(yīng)于最大值Zmax附近的復(fù)合相位Bessel函數(shù)的值形成了光電子角分布的主枝結(jié)構(gòu),其它的的極值點(diǎn)附近的復(fù)合相位Bessel函數(shù)的值形成光電子角分布的噴射結(jié)構(gòu);第十三頁，共二十頁。如果小于其臨近變量對應(yīng)的復(fù)合相位Bessel函數(shù)的值,則光電子角分布的主枝結(jié)構(gòu)出現(xiàn)分裂;如果,則主枝結(jié)構(gòu)消失.復(fù)合相位Bessel函數(shù)的振蕩特點(diǎn)由其階j和第二個(gè)自變量決定.下面以雙光子過程為例,建立光電子的角分布與復(fù)合位相Bessel函數(shù)的對應(yīng)關(guān)系.第十四頁，共二十頁。雙光子過程躍遷幾率幅由二階復(fù)合位相Bessel函數(shù)決定，函數(shù)的值隨著自變量Z的變化的振蕩形成了光電子角分布的噴射結(jié)構(gòu)。自變量Z隨激光強(qiáng)度的增加以及激光頻率的減小而減小,從而導(dǎo)致了激光強(qiáng)度增加時(shí)主枝結(jié)構(gòu)消失（8）第十五頁，共二十頁。第十六頁，共二十頁。光電子角分布的噴射結(jié)構(gòu)數(shù)目與復(fù)合相位Bessel函數(shù)的對應(yīng)關(guān)系理論對應(yīng)關(guān)系一個(gè)極值點(diǎn)形成光電子角分布一側(cè)的兩個(gè)噴射結(jié)構(gòu)吸收偶數(shù)個(gè)光子電離的光電子，其角分布必有重心噴射結(jié)構(gòu)；吸收奇數(shù)個(gè)光子電離的光電子，其角分布必?zé)o重心噴射結(jié)構(gòu)；與實(shí)驗(yàn)觀測一致結(jié)論：光電子角分布一側(cè)的噴射結(jié)構(gòu)的數(shù)目,等于自變量最大值范圍內(nèi)復(fù)合相位Bessel函數(shù)的極值數(shù)目的兩倍.第十七頁，共二十頁。光電子角分布的噴射機(jī)構(gòu)隨光電子能量的變化根據(jù)公式（3）光電子的能量由其從光場中吸收的能量決定,用其電離過程中電子吸收的光子數(shù)目j來表示光電子能量的變化影響兩個(gè)方面：1）一是復(fù)合位相Bessel函數(shù)的階數(shù),這將決定光電子角分布有無中心噴射結(jié)構(gòu);2）自變量Z的最大值的大小,這將決定噴射結(jié)構(gòu)的數(shù)目和大小.第十八頁，共二十頁。當(dāng)多吸收一個(gè)光子時(shí),復(fù)合位相Bessel函數(shù)的自變量的最大值增加,所覆蓋的復(fù)合位相Bessel函數(shù)的值的振蕩增多,相應(yīng)地噴射結(jié)構(gòu)的數(shù)目增加;同時(shí)中心噴射結(jié)構(gòu)從有到無或者由無到有,光電子角分布一側(cè)的噴射結(jié)構(gòu)數(shù)目在奇偶數(shù)之間轉(zhuǎn)化.噴射結(jié)構(gòu)數(shù)目的增加必然是奇數(shù)個(gè):它可以是一個(gè),就如Nandor等人觀測到的;也可以是三個(gè)或者其他奇數(shù)個(gè),就如在氫原子的多光子電離角分布中發(fā)現(xiàn)的第十九頁，共二十頁。光電子角分布的標(biāo)度定律光電子角分布Bessel函數(shù)