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分子强场电离理论研究

作　者: 张斌
导　师: 赵增秀
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 物理学
关键词: 隧穿电离多光子电离电离速率电离角分布渐进展开系数节面复杂系统极化势有效极化率强场近似
分类号: O437
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

强场电离一直是人们研究的热点。本文主要对分子系统的隧穿电离和多光子电离进行了理论模型研究和计算。简要介绍了原子隧穿电离理论（ADK）和分子隧穿电离理论（MO-ADK）。将MO-ADK理论应用到了CO₂和SF₆。讨论了隧穿电离的基本特征。对于分子轨道，定义了成键节面和反键节面。计算表明，成键节面上的电离受电场强度影响较大。当场强增大时，电离结果中关于成键节面的信息逐渐丢失。另外，当场强增大时，分子轨道中高角动量的分波对电离的贡献增大，进而影响最终的电离结果。介绍并给出了复杂系统隧穿电离理论（CS-ADK）的详细推导，并修正了原来电离表达式中的一个错误。将CS-ADK应用到了CO₂，并与MO-ADK进行了比较。结果表明，CS-ADK改善了MO-ADK过高估计电离的不足，且角分布与实验符合地更好。CS-ADK的不足在于需要更多的输入参数。分别讨论了极化势和角动量势垒对电离的影响，结果表明：极化势的影响相对角动量势垒较小，且它几乎不影响电离的角向依赖。为此，考虑到极化率的各向异性，在CS-ADK中引入了有效极化率。有效极化率的引入使得结果得到了一定改善。介绍了强场近似（SFA）电离理论。随后，以N₂和CO₂分子为例，详细比较了长度规范（LG）和速度规范（VG）下的SFA理论。在电离幅值上，VG SFA一般低估了电离几个数量级。另外，VG SFA表现出了对于激光参数（强度和波长）的较大依赖性。而这在实验和第一原理计算中尚未观察到。因此，LG SFA更加适用于对于N₂和CO₂的强场电离的描述。LG SFA与改进后的MO-ADK的结果的一致性表明，波函数在非渐进区的性质也对电离有较大的影响。为了利用SFA解释O₂的内壳层的电离，对偶极矩阵元进行了修正。计算结果有了一定的改善，但仍与实验有一定距离。最后，对未来的工作进行了展望。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-13
第一章绪论  13-21
  1.1 引言  13-14
  1.2 强场电离  14-17
    1.2.1 有质动力势  14
    1.2.2 多光子电离（MPI）  14-16
    1.2.3 Keldysh 参数与隧穿电离（TI）  16-17
    1.2.4 越垒电离（OTBI）  17
  1.3 基本概念  17-18
    1.3.1 电离速率  17-18
    1.3.2 电离几率  18
    1.3.3 电离信号  18
  1.4 研究现状  18-19
  1.5 本文内容  19-21
第二章分子隧穿电离理论  21-34
  2.1 简介  21-22
  2.2 分子隧穿电离理论  22-24
    2.2.1 原子隧穿电离理论（ADK）  22-23
    2.2.2 分子隧穿电离理论（MO-ADK）  23-24
  2.3 应用方法  24-28
    2.3.1 电子结构计算  24-25
    2.3.2 渐进展开系数  25-27
    2.3.3 简并轨道  27-28
  2.4 结果与讨论  28-33
    2.4.1 二氧化碳（C0_2）  28-31
    2.4.2 六氟化硫（SF_6）  31-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章复杂系统隧穿电离理论  34-45
  3.1 简介  34
  3.2 CS-ADK 理论推导  34-38
    3.2.1 CSF 近似与SEE 方程的导出  34-36
    3.2.2 SEE 方程的求解  36-37
    3.2.3 电离速率  37-38
  3.3 应用  38-42
    3.3.1 计算细节  38-39
    3.3.2 结果与讨论  39-40
    3.3.3 不同势对电离的影响  40-42
  3.4 基于有效极化率的CS-ADK  42-44
    3.4.1 有效极化率  42
    3.4.2 结果与讨论  42-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章强场近似电离理论  45-60
  4.1 简介  45
  4.2 SFA 理论基础  45-50
    4.2.1 规范变换  45-46
    4.2.2 强场多体散射矩阵理论（IMST）  46-47
    4.2.3 强场近似电离理论  47-50
  4.3 计算方法  50-51
    4.3.1 动量波函数  50-51
    4.3.2 偶极矩阵元  51
  4.4 应用  51-59
    4.4.1 计算细节  51-52
    4.4.2 结果与讨论  52-56
    4.4.3 修正的偶极矩阵元  56-59
  4.5 本章小结  59-60
第五章未来工作展望  60-64
  5.1 关于隧穿电离理论  60-61
    5.1.1 Dyson 轨道  60
    5.1.2 多通道隧穿电离理论（MCTI）  60
    5.1.3 自旋相关的隧穿电离理论（SRTI）  60-61
  5.2 关于强场近似电离理论  61-62
    5.2.1 多电子偶极距  61
    5.2.2 库仑连续波函数  61-62
    5.2.3 包含高阶项的强场近似  62
  5.3 关于从头计算数值方法  62-63
    5.3.1 含时密度泛函（TDDFT）  62-63
    5.3.2 多组态含时Hartree-Fock（MCTDHF）  63
  5.4 本章小结  63-64
结束语  64-65
致谢  65-67
参考文献  67-73
作者在学期间取得的学术成果  73

分子强场电离理论研究

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