强激光场氦原子非序列双电离过程中光子动量分配.PDF

中国科学: 物理学 力学 天文学 2014 年 第44 卷 第12 期: 1356– 1362 《中国科学》杂志社 SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica Astronomica SCIENCE CHINA PRESS 非线性科学专辑 论文 · 强激光场氦原子非序列双电离过程中光子动量 分配 ①* ②③ 陶建飞 , 刘杰 ① 中国工程物理研究院北京研究生部, 北京 100088; ② 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088; ③ 北京大学应用物理与技术研究中心, 北京 100084 *联系人, E-mail: jakiesumrain@163.com 收稿日期: 2014-04-23; 接受日期: 2014-06-18 国家重点基础研究发展计划资助项目(编号: 2013CB834101) 摘要 本文研究了 He 原子非序列双电离过程中光子动量在电子和原子核间的分配问题. 扩展三维半 经典再散射模型使之同时包含原子核的运动, 数值模拟计算原子体系的三维动力学并统计原子核与电子 沿激光场传播方向的动量. 结果表明, 原子核与电子之间的质量差异导致电子波包向激光传播方向漂移 的比核厉害, 当电子靠近原子核附近而受到核的散射时, 会将一部分动量传递给原子核. 这种动量交换 与氦原子的非序列双电离机制紧密相关: 简单计算表明, 序列电离机制(Sequential Double Ionization, SDI), 回碰直接电离机制(Recollision Impact Ionization, RII) 以及回碰激发再电离机制(Recollision- Excitation with Subsequent Ionization, RESI)会给出不同的电子动量. 关键词 光子动量, 非序列双电离, 半经典模型, 电子关联, 再散射 PACS: 32.80.Rm, 42.50.Hz, 33.80.Rv doi: 10.1360/SSPMA2014-00118 超强超短激光脉冲与原子、分子相互作用呈现出 即光子的动量k 非常小, 因而传递给体系的动量可 很多新奇的非线性非微扰物理现象, 如多光子电离 以忽略不计. 另一方面, 激光强度的增加导致光子密 (MPI)、阈上电离(ATI)、高次谐波产生(HHG) 以及非 度增加. 常见的功率 1015 W/cm2 量级, 波长 800 nm 序列双(多) 电离(NSDI, NSMI)等. 这里, 粒子的能量 左右的激光脉冲, 其单位体积内的光子数达到了 或者角动量通常是实验与理论关注的重点[1,2]. 理论 n~1029 量级. 这么多光子集体动量带来的效应, 既所 上研究这类问题时, 原子核一般是认为不动的. 实验 谓的辐射压, 在超强(接近相对论区)激光场电离中会 上如果涉及原子核的动量问题, 一般认为可以通过 抑制再碰撞过程[3] [4,5] , 引起非序列双电离 、高次谐波 动量守恒从电子的动量得出. 这里有个隐含的假定, 产生[6]连带受到抑制. 在这些过程中, 通常用来表征 引用格式: 陶建飞, 刘杰. 强激光场氦原子非序列双电离过程中光子动量分配. 中国科学: 物理学 力学 天文学, 2014, 44: 1356–1362 Tao J F, L