1、- I -西北师范大学硕士学位论文分类_ 密级_硕士学位论文H 原子在强激光场中电离的理论研究吴 金 香导师姓名职称： 周效信 教授 专业名称：原子与分子物理 研究方向：强激光场中的原子物理 论文答辩日期：2011 年 6 月学位授予日期： 2011 年 6 月 答辩委员会主席：评 阅 人：二一一年六月- I -西北师范大学硕士学位论文IH 原子在强激光场中电离的理论研究 Theoretical study on the ionization of hydrogen atom in an the intense laser field吴金香Wu Jinxiang西北师范大学物理与电子工程学院C
2、ollege of Physics & Electronic Engineering Northwest Normal University二一一年六月Jun, 2011基金项目：国家自然科学基金（批准号：11044007，11064013） 、高等学校博士学科点专项科研基金（批准号：20096203110001）及西北师范大学创新项目（批准号：NWNU-KJCXGC-03-62）资助的课题。硕士学位论文M.D. Thesis- II -西北师范大学硕士学位论文II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
3、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。学位论文作者签名：_ 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文。(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)签名： 导师签名： 日期： - III -西北师范大学硕士学位论文III摘要超短、超强激光的出现，为光与物质相互作用的研究提供了新的
4、极端条件。原子在强激光场中的电离是激光与原子相互作用的主要过程之一，利用激光场与原子的相互作用发生的电离现象不仅使人们能够了解原子本身的性质，而且能够研究原子和分子内部的超快过程，因此对原子在强激光场中发生电离现象的研究具有十分重要的意义而引起人们的重视。从理论上研究原子在强激光场中电离过程的主要方法有数值求解含时薛定谔方程（Time-Dependent Schrdinger Equation,TDSE）、强场近似（Strong Field Approximation,SFA）和 ADK 近似等。由于数值求解 TDSE 计算量过大，对计算机的要求较高，而 ADK 模型适用于隧道电离区域且对于原
5、子序数较大原子在激光场中的电离，不适用于处理原子序数较小原子在激光场中的电离问题，所以人们一般常采用 SFA 方法，这种方法具有计算简便、物理思想明确的优点。但不足之处是这种方法由于忽略了母核对电子的影响，在大多数情况下计算结果相对较差，因此需要在 SFA 方法中引入 Coulomb 修正。为了考察由 Krainov引入的 Coulomb 修正效应中原子的电离随激光参数变化的关系，本论文首先利用传统的强场近似方法分别在长度规范和速度规范下计算了 H 原子基态在不同波长激光场中电离的能量谱，并和数值求解含时 Schrdinger 方程的结果进行了比较，接着又利用传统的强场近似方法和考虑 Coul
6、omb 修正的强场近似方法，计算了 H 原子在激光场中的总电离几率分别随激光强度和波长的变化以及 H 原子在不同波长激光场中电离的能量谱，并将得到的能量谱与直接数值求解含时Schrdinger 方程的结果进行了比较，结果发现：当激光波长较长时，考虑Coulomb 修正的强场近似方法得到的结果与数值求解含时 Schrdinger 方程的结果符合得较好。- IV -西北师范大学硕士学位论文IV关键词：强场近似， 库仑修正方法，含时薛定谔方程，长度规范，速度规范。AbstractThe advent of ultra-short, super-intense laser provides a new
7、 extremely experimental condition in the interaction of light with material. The ionization of atoms under the intense laser fields is one of important process with interaction of laser with atom. Using the ionization of phenomena of atoms interacting with intense laser fields, it make people realiz
8、e atoms nature,and at the same time it can be used to research of ultra-fast process within molecule and atom. So to study the ionization of atoms under the intense laser fields is very interesting and attractive.In the theoretical study of photoionization of atoms in strong laser fields , The metho
9、ds mainly are numerical solution the time-dependent Schrdinger equation(TDSE), the strong field approximation(SFA) and ADK approximation. The numerical solution TDSE needs much calculation and requires strictly for computer, ADK model adapts in the tunnel ionization regime and the ionization of atom
10、s whose atomic number more larger in strong laser fields, and it is unfit for the ionization of atoms whose atomic number more smaller in strong laser fields. Thus, Strong field approximation is frequently used. The calculation of this method is simple and definite. However, this method neglects the
11、 effect of parent ion to electron, and the results is poor in some instance. So its necessary to introduce Coulomb correction to SFA. In order to review the relation of the ionization of atoms along with different lasers parameter is introduced by Krainov, In this paper we calculate the ionization e
12、nergy spectra of hydrogen atom in the linear polarization laser fields of different wavelength by using the approach of traditional SFA which is in length gauge and in velocity gauge. Compared the results with those of direct numerical solution of time-dependent Schrdinger equation. Then in this pap
13、er we calculate the total ionization probability change along with laser wavelength and laser intensity and the ionization energy spectra of hydrogen atom in the linear polarization laser fields of different wavelength by using the approach of traditional SFA and SFA with Coulomb correction. Compare
14、d the energy spectra with those of direct numerical solution of - V -西北师范大学硕士学位论文Vtime-dependent Schrdinger equation, it is shown that the results of SFA with Coulomb correction are in good agreement with those of direct numerical solution of time-dependent Schrdinger equation at longer laser wavele
15、ngth .Keywords: strong field approximation, Coulomb correction approach, time-dependent Schrdinger equation, length gauge, velocity gauge.- 1 -西北师范大学硕士学位论文1目录独创性声明中文摘要.Abstract.第一章 概述21.1 超短超强激光输出的实现 21.2 原子在强激光场作用下的电离51.3 研究强激光场与物质相互作用的意义81.4 本论文的工作11参考文献. 12第二章 强激光场与原子相互作用的基本理论和方法142.1 强激光场与原子相互作用
16、的基本理论概述 142.2 原子在强激光场中的含时 Schrdinger 方程 152.3 求解原子在强激光场中的含时 Schrdinger 方程的理论方法 172.4 强场近似（SFA）理论. .18参考文献. 24第三章 用强场近似方法研究强激光场中 H 原子的电离 .263.1 引言263.2 理论方法. 273.3 计算结果与讨论.283.4 结论33参考文献34第四章 总结和展望35参考文献36攻读硕士学位期间完成的论文37致谢38- 2 -西北师范大学硕士学位论文2第一章 概述在强激光出现以前，人类在实验室中还无法实现电场强度能够接近甚至超过原子中核对电子的 Coulomb 场。强
17、激光的出现使得激光与物质相互作用真正进入了强场物理的研究领域，出现了一系列新的物理现象，如多光子电离（Multiphoton ionization, MPI） ，隧道电离（Tunnel ionization，TI ） ，阈上电离（Above threshold ionization, ATI） ，高次谐波的产生（High-order harmonic generation, HHG）等等。对这些领域的研究不仅使我们能够更加深入的认识物质的结构和性质，同时也必然对其它学科和研究领域产生深远的影响。本章简要介绍了原子与激光相互作用的一些现象、概念、研究现状、研究意义，以及本论文的主要工作。1.1
18、超短超强激光输出的实现激光（Laser ）就是通过受激辐射的光量子放大（Light amplification by stimulated emission of radiation） 。由于激光单色性好、单色亮度高和相干性好的优点，从而使经典吸收光谱和荧光光谱的应用范围得到了极大的发展，并发展了许多新的激光光谱学技术，大大拓展了原子分子物理许多领域的研究范围。- 3 -西北师范大学硕士学位论文3图 1.1 激光输出的峰值功率随年代的变化 6由于理论研究的进展和技术的不断更新，实现更强激光输出的步伐从来没有停止过，自从 1960 年激光器诞生以后，人们就一直努力的追求更强激光输出的实现。激光刚
19、诞生时主要以自由输出（Free-running ）的形式实现，光强最多可以达到 。但是到了 60 年代中期到 70 年代中期由于采用了调276/10cmWQ 技术(Q-switching)和锁模技术 (Mode locking)，使输出的激光脉冲达到皮秒量级，光强已达到 1 。图 1.1 列出了激光输出发展历程。虽然这个光强23/比初期以自由输出的激光器输出的光强提高了 5-6 个数量级 2；但是这个光强的激光所产生的电场强度仍然还远远小于电子在轨道上所感受到的核 Coulomb场的强度，通常人们将光强大于 的激光称为强激光。而要想更进一213/0cmW步的提高激光的输出强度和缩短激光的输出脉
20、冲，使激光产生的电场接近甚至超过原子内电子所感受到的 Coulomb 场，则受到激光介质自身的限制。通常，为了不对激光工作介质造成破坏，它最大能够输出的激光光强必须在其破坏阈值以下，这就限制了进一步缩短激光输出脉冲和提高激光输出光强。目前，提高激光输出光强主要有两种途径 2,一种是增加激光器的输出路数或者是扩大激光器的输出口径，来降低激光介质的能量通量，但这种做法一方面耗资太大，另一方面在技术上仍然有缺陷，所以这种激光器一般在实验室建造还是比较困难的。另一种途径是 80 年代中后期的啁啾脉冲放大技术（Chirped pulse amplification,CPA） 3-5，突破了传统的限制，对
21、提高激光输出光强具有革命性意义的手段。CPA 技术可以通过如下步骤实现：首先由一个激光震荡器产生一个超短脉冲（时间宽度在飞秒量级） ，其次使用一色散系统将这一超短脉冲展宽到原来的 倍，然后将展宽后的脉冲输入到激光放大器中进行放大，放5310大后的脉冲虽然强度增加了很多，但由于脉宽较大，因此放大后的激光峰值强度仍然低于工作介质的破坏阈值，最后再利用另一对光栅将放大后的脉冲进行压缩使脉冲宽度回到原来的脉宽。如图 1.2 所示，由这种 CPA 技术所产生的激光强度经聚焦后已经达到了 。因此，CPA 技术的应用使得强激光、22/10cmW超强激光的输出成为可能，也使人们研究强激光甚至超强激光与物质相互
22、作用的范围变宽。我们都知道原子是由原子核和电子构成的，传统的原子物理学研究的内容是电子在原子核的库仑场中运动的行为和性质。而近几年来，随着强激光、超- 4 -西北师范大学硕士学位论文4强激光的输出成为可能，激光与原子相互作用的研究已经成为原子物理学的一个热点。特别是原子和晶体间发生的多光子过程也成为目前人们研究的一个热点。下面我们来讨论强激光与物质相互作用的多光子过程。图1.2 啁啾脉冲放大技术中的光栅压缩/展宽原理示意图 6强激光与物质相互作用的多光子过程光电 效 应 是 从 光 子 与 液 体 和 固 体 物 质 相 互 作 用 中 被 首 次 观 测 到 的 。当光 照 射 到 金 属
23、上 时 ， 有 电 子 从 金 属 中 逸 出 。 这 种 电 子 称 为 光 电 子 。 实 验 证 明 ，只 有 当 光 的 频 率 大 于 一 定 值 时 ， 才 有 光 电 子 发 射 出 来 ； 如 果 光 的 频 率 低 于 这个 值 ， 则 不 论 光 的 强 度 多 大 ， 照 射 时 间 多 长 ， 都 没 有 光 电 子 产 生 ； 光 电 子 能量 只 与 光 的 频 率 有 关 ， 而 与 光 的 强 度 无 关 ， 光 的 频 率 越 高 ， 光 电 子 的 能 量 就越 大 。 光 的 强 度 只 影 响 光 电 子 的 数 目 ， 强 度 增 大 ， 光 电 子
24、的 数 目 就 增 多 。这 类 现 象 被 人 们 统 称 为 光 电 效 应 ， 是 用 经 典 电 磁 理 论 无 法 解 释 的 7。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。他认为辐射场是由光子组成的，每个光子的能量为 =h=。在光电效应中，光电子的发射过程属于单光子程。对于多光子过程，早在 1950 年 Hughes 和 Grabner8就已经观察到射频波段的多光子跃迁，但是可见光波段多光子吸收直到 60 年代初激光出现以后才观测到 9,10。由 于 激 光 具 有 亮 度 高 、 相 干 性 好 的 特 点 ， 即 使 在
25、 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 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 多 光 过 程- 5 -西北师范大学硕士学位论文5特 别 是 多 光 子 电 离 成 为 可 能 ， 也 成 为 目 前 人 们 研 究 的 一 个 活 跃 领 域 11,12。近 年 来 ， 随 着 激 光 技 术 的 迅 速 发 展 ， 人 们 对 于 原 子 分 子 与 激 光 相 互 作用 实 验 和 理 论 的
26、 研 究 一 刻 也 没 有 停 止 过 。 原 子 、 分 子 以 及 固 体 在 强 激 光 场中 发 生 的 一 些 重 要 的 多 光 子 现 象 ， 如 隧 道 电 离 （ Tunnel ionization） 、 原 子在 超 强 激 光 场 中 的 电 离 抑 制 （ Ionization suppression） 等 等 都 已 经 在 实 验 中观 察 到 13,6， 这 些 多 光 子 现 象 的 应 用 价 值 已 被 人 们 所 认 识 ， 并 引 起 了 人 们 极大 的 兴 趣 。 因 此 从 理 论 上 研 究 这 些 非 线 性 的 多 光 子 过 程 并 进
27、而 给 出 理 论 上 的解 释 ， 不 仅 具 有 重 要 的 理 论 意 义 ， 而 且 为 一 系 列可能的潜在应用打下坚实的基础。为了弄清楚这些现象，我们需要细致地研究光电离过程，所以下面将简略地讨论原子在激光场作用下几种重要的电离机制以及解释这几种电离机制的理论。( 如无特别说明，本论文选用的单位均为原子单位)1.2 原子在强激光场作用下的电离 1.2.1 多光子电离多光子电离（Multiphoton ionization ,MPI）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。电离电子具有的动能可以表示为，其中 是入射光的频率， 是原子的电离势。早期（光强kPE
28、nwIUpI还不太大）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，n 光子电离概率可近似示为：(1.1)nI其中，n 是电离所需的最少光子数， 是广义电离截面， 是入射光的强度。I当入射光强大于临界光强（对应于电离产额效应已经不可忽略的情形） ，公式(1.1)不再成立。当入射光强进一步增强时，电离将呈现饱和。此外，这个理论没有考虑到激光场对量子体系状态的影响，即实际已经发生的能级的 AC-Stark移动。这些能级的移动是非微扰的，利用 LOPT 即使加上高阶效应也不能给出很好的解释。阈上电离（Above threshold ionization ,ATI）,如图 1
29、.3（a ）所示,是在测光电子能量的时候，发现在某些能量处出现一些峰值，这些峰所对应的能量的差值- 6 -西北师范大学硕士学位论文6刚好是单个光子的能量的整数倍。这说明光电子在产生电离时，除了吸收电离所需要的最少数量的光子外，还额外吸收了数量不等的光子，发生了电子的自由一自由跃迁，称为阈上电离，属于多光子电离 (Multiphoton ionizaion，MPI)。早在 1979 年 Agostini 等人 14在研究惰性气体原子在激光照射下的电离时就发现了这一现象。后来，Kruit 等人 15又做了进一步的研究。 Freeman 等人通过对阈上电离谱的研究，首次观测到了原子激发态能级 16。
30、图 1.3(a) 阈上电离机制的示意图 17(激光强度 I 小于 1014Wcm-2)1.2.2 隧道电离如图 1.3(b)即当激光场足够强（实验上或数值模拟采用的电场一般是随时间作正弦（余弦）变化的电场） ，而其频率很低时，可将激光电场近似看成静电场。处于激光场中的原子，其势能被激光电场调制而发生畸变，即原子的库仑电场与激光电场在其偏振方向相叠加而形成了一个合成势垒，随着激光强度的增大，势垒被压低，使得电子可以隧穿它成为自由电子，这种现象我们称为隧道电离（TI） 。Keldysh 18在 1964 年就提出了原子在强激光场中的隧道电离理论。作为量子力学问题，它在 30 年代就开始被理论和实验
31、进行过研究。随着激光的出现，隧道电离问题可以应用到脉冲激光场中。1.2.3 越垒电离体系的Volkov 态（a）Above thresholdionization- 7 -西北师范大学硕士学位论文7如果激光场的强度进一步增加，相互作用变的更强，原子势垒会越来越低，最终即使处在基态的电子也不再受原子势的束缚而直接逸出势阱，即发生越垒电离(OTBI)，对于基态的氢原子在低频率的激光场中，只要强场达到便可以发生越垒电离,如图 1.3(c)所示。隧道电离一般主要考虑214/0.cmW电离几率，而越垒电离一般主要考虑电子波包如何在激光场的作用下运动。图 1.3(b) 隧道电离机制的示意图 17 (激光强
32、度 I 小于 1015Wcm-2)图 1.3(c) 越垒电离机制的示意图 (激光强度 I 大于 1015Wcm-2)- 8 -西北师范大学硕士学位论文8一旦电子从势阱中出来，就可以把电子看作经典的点电荷，其初速度的大小和方向由电子电离时激光的相位决定，这就意味着电离发生得很快并且在激光场的每个峰值附近发生，因为只有在峰值附近形成的势垒最窄最小。从量子力学角度考虑，阈上电离、隧穿电离、以及越垒电离的终态可近似地看作一个Volkov 态( 自由电子在激光场中的状态)。1965 年 Keldysh18指出在某种条件下原子的电离机制可以选择性的发生，理论上往往用 Keldysh 参数来区分不同的电离机
33、制: 2PmIIpUeF其中 为原子的电离能。 的物理意义可以粗略的认为是在激光场作用下产生pI的原子库仑场的势垒宽度或电子穿越势垒所需的时间(以激光场的周期为单位)。当时 多光子电离占主导，而时当 隧道电离占主导。111.2.4 高频强场下原子电离的稳定性随着高强度激光脉冲输出的实现，人们可以研究物质在超强激光场中产生的非线形多光子过程。按照微扰理论的预言，当原子处在强激光场中，原子的电离概率会随着激光场光强的增加而增大，但是当激光场的光强足够强时，微扰理论不在适用，需要利用数值方法直接求解原子在强激光场中的含时薛定谔方程。其结果发现，当激光场的频率较高时，激光光强增加到一定数值后，激光光强
34、继续增加，原子的电离概率不仅不增加反而减小，这种现象称为原子的电离抑制（ionization suppression） ，即原子在激光场中稳定（stabilization ） 。原子稳定问题大体上可以划分为绝热(准定态)稳定(QS)和动力学稳定(DS)。绝热稳定的特征是当激光的峰值场强很大时根据单态 Floquet 理论计算得到的电离速率随着激光强度的增强而下降(或是呈现振荡行为)，绝热稳定考虑的极限情况为入射激光为平面单色波。这种现象已经由 Gavrila19等人提出的高频Floquet 理论给出了合理的解释。动力学稳定是指峰值场强足够大(一般大于几个原子单位)且光学频率足够高(大于原子的最
35、大束缚能)的激光短脉冲辐照基态原子后。电子不仅仍有一定的几率滞留在原子束缚态上而没被完全电离，而且竟然出现随着峰值场强的进一步增强而增加的现象。- 9 -西北师范大学硕士学位论文91.3 研究强激光场与物质相互作用的意义我们知道，在氢原子中，电子在第一 Bohr 轨道上所感受到的原子核的Coulomb 场的强度约为 5.14109v/cm，由电磁波的经典理论可知，电磁波的辐射强度 与其电场强度的峰值 之间的关系为 ， (其中 为真空中I0E210IcE0的介电常,c 为真空中的光速)。由此我们可以估算氢原子中电子在第一 Bohr 轨道上所感受的电场强度相当于激光光强为 3.511016W/cm
36、2 所产生的电场效应。因此，强激光的出现使得原子中的电子感受到的外界电场接近甚至大于原子核的 Coulomb 场，使人们终于有能力改变和控制原子、分子甚至物质中电子的运动规律并进而改变物质性质和状态，从而形成了新的理学研究领域一强场物理学 2和非线性原子物理学 20。这些新的研究领域不仅使我能够认识原子物理学中的一些新现象，同时也必然对其它学科和研究领域产生深远的响。超快速测量：超快速测量是当今科学的前言之一，它是在飞秒尺度上研究超快速化学反应、光物理、遗传等生命物质运动的动力学过程，以及在阿秒尺度上研究电子在原子和分子中状态变化过程的重要手段 21。由于激光的作用时间很短，很难直接测量。过去
37、通常采用的方法是先假设未知脉冲的强度为高斯形分布或其他形状，通过调节时间宽度参数，使计算得到的光电子能谱拟合实验谱，从而确定未知脉冲的时间宽度。这种方法包含了很强的数学假设。后来，人们通过控制几个周期的光波对电离谱进行展宽来控制和测量飞秒电子短暂现象。Reinhard Kienberger等人利用条纹相机原理测量了原子在飞秒X射线脉冲作用下电离的时间动量分布 22。图1.4，给出了传统条纹照相机的计算原理。随后又测量了次飞秒、阿秒、超紫外线等 23。- 10 -西北师范大学硕士学位论文10图1.4 传统条纹照相机原理图 22X射线激光：当频率为 的一束短脉冲强激光照射到原子、分子或固体靶上时，
38、实验上观察到激光经这些靶散射后，是激光场频率 的奇数次的谐波发射出来 24，称为高次谐波的发射。因为这种高次谐波具有极好的相干性，且有较高的转换效率，因此物质在强激光场中产生的高次谐波很有希望成为一种新的X光源，而这种新型X光源必将对实现X射线激光和X射线显微成像及其在医学上的应用产生重大影响。实验上已经观察到高次阶数达到300次 25以上，预期产生单光子能量达到1kev以上的高次谐波很快就会实现 26。惯性约束聚变的快速点火：惯性约束聚变是实现从受控核聚变获得能量并加以利用这一目标的一种重要途径，因为它具有原料丰富、无污染的优点。传统的惯性约束聚变方法是让激光从六个不同的方向均匀地照射靶丸，
39、这种方法对照射的对称性和均匀性有极高的要求，并且只有使用输出能量很大的巨型激光器才能实现核聚变。当短脉冲强激光的实现成为可能后，立刻就提出了将强激光用于惯性约束聚变的快速点火方案 27，这种方案是将压缩到最大密度的核聚变燃料先用一个预脉冲“打洞” ，紧接着另一个高强度的激光脉冲使其接近靶丸中心并使等离子体温度很快上升到点火温度，从而实现聚变的点火燃烧。由于快速点火方案将压缩与点火两个过程分开，从而大大降低了对内爆对称性的要求以及对达到靶增益所需要的激光驱动能量的要求。新型粒子加速器 28,29：由于传统的粒子加速器所提供的加速电场很有限，因此，为了获得高能量的粒子，需要增大加速器的尺寸，这种加
40、速器的造价一般是很高的。而新型的强激光所产生的高强度电场是加速粒子的一种极好手段。目前这种新型粒子加速已经能够将电子加速到 100Mev。- 11 -西北师范大学硕士学位论文11模拟天体物理现象 30：强激光场还能够提供极端的条件在实验室里模拟天体物理过程。如果激光场的强度达到 时，所产生的电场强度接近2201Wcm，这值已达到基态氢原子中电子感受到的核 Coulomb 场的 170 多倍，120Vcm其磁感应强度达到 高斯，而光压达到 大气压。这些极端条件已达到恒星91012内部的条件，因此为天体理学家们在实验室内提供了模拟天体物理过程的条件。高Z元素的快速电离：场电离就是在强场下，激光的电
41、场可直接使原子发生电离的现象。场电离的方式主要包括多光子电离、隧道电离和越垒电离，取决于激光的频率和强度。不论通过哪种方式的电离，原子的电离速率随着激光强度的增加而增大。当激光的强度达到饱和时，原子的电离概率为1。总之，随着短脉冲、高强度激光技术的发展，人们已经获得了脉宽从皮秒至几个飞秒，强度超过 的激光。这给我们提供了强有力的手段来研2201Wcm究激光与物质相互作用及其与之相关的新现象，而且还会有新的研究领域在扩展。所有这些领域的进展不仅对物质结构本身的了解具有重要意义，而且还会给我们改变物质的性质提供必要的手段。强激光与物质的相互作用这一研究领域，内容丰富、课题新颖，具有重要的应用价值。
42、因此，近年来人们从实验和理论上对强激光与物质相互作用的研究已经成为国内外非常活跃的前言领域。1.4 本论文的工作对原子在强激光场中电离的研究，不仅使我们能够对原子的内部结构有了更深刻的理解，同时也必然对其它学科和研究领域产生深远的影响，具有重要的理论价值和应用价值。本文在前人研究的基础上，首先利用传统的强场近似方法计算了不同规范下 H 原子在不同波长的线性极化激光场中电离的能量谱，并将得到的能量谱与直接数值求解含时 Schrdinger 方程的结果进行了比较。随后有利用传统的强场近似方法和考虑 Coulomb 修正的强场近似方法，计算了 H原子的总电离几率随激光波长和强度的变化关系以及 H 原
43、子在不同波长的线性极化激光场中电离的能量谱，并将得到的能量谱与直接数值求解含时Schrdinger 方程的结果进行了 比较。本文的主要内容及各章安排如下：第二章首先简要介绍了强激光场与原子相互作用的基本理论概述，接着讨论了原子在强激光场中的含时 Schrdinger 方程和求解原子在强激光场中的含时Schrdinger 方程的理论方法，最后讨论了强场近似理论。- 12 -西北师范大学硕士学位论文12第三章首先研究了不同的规范下利用传统强场近似方法所求解的 H 原子基态在不同波长的线性极化激光场中电离的能量谱以及与 TDSE 所得结果的比较。其次研究了在速度规范下，利用传统的强场近似方法和考虑
44、Coulomb 修正的强场近似方法，计算了 H 原子的总电离几率随激光强度和波长的变化以及 H 原子在不同波长的线性极化激光场中电离的能量谱，并将得到的能量谱与直接数值求解含时 Schrdinger 方程的结果进行了比较 。第四章是对本文工作的总结和对将来工作的展望。参考文献1 P. Kruit, J. Kimman, H. G. Muller er al, Phys. Rev. A, 28, 248 (1983).2 张杰，物理 .26,643(1997).3 R.L.Fork,O.E.Martines and J.P.Gordon.Opt.Lett.9,150(1984).4 D.Stri
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