基于解离通道调控的强激光场中双原子分子非绝热解离机制研究

Nonadiabatic Photodissociation involves multiple electronic states, is an high order nolinear phenomenon induced by the interaction between intense laser pulses and materials. With the development of modern experimental technology and theoretical methodology, the investigations on the nonadiabatic fragmentations involving multiple electronic states has become an important starting point and an effective tool for the exploration of controlling chemical reactions. It has been a research hotspot in rescent years. Controlling the dissociation channels in nonadiabatic processes by laser pulses is still unsolved problem. By incorporation the time-dependent quantum wave packet method approach (including the split-operator scheme and sine basis descrete variable representation) into the Floquet framework, the codes are programmed and applied to study the decompositions induced by the nonadiabatic interactions between the involved states originate from the couplings of the angular momenta and field-induced couplings. Different dissociation mechanisms for the involved Floquet channels and the influence of control parameters of the external fields are discussed. A theoretical acheme is proposed and is applied to study the nonadiabatic photodissociation of diatomic molecules in single and two laser pulses. The control on dissociation channels from pulses parameters is anlyzed in order to find the effective control methods. The project will develop the theoretical methodology on nonadiabatic dissociation, and plays an imporant role in realizing the control of external field to chemical reaction.

非绝热解离涉及多个电子态及它们之间的相互作用，是强激光与物质相互作用的高阶非线性现象。随着激光等实验技术和理论模拟方法的发展，对它的研究已成为对微观动力学过程可控性探索中的重要手段，近年来一直是国内外研究的热点。以激光有效控制非绝热过程中电离解离通道的选择目前仍是有待解决的难题。本项目拟以含时量子波包方法（包括分裂算符、sine基分离变量表象等方法）结合Floquet理论研究强激光场中双原子分子非绝热电离解离过程（参与解离的多个电子态之间的相互作用由角动量耦合或者场致耦合引起），解释实验观测现象，揭示不同通道的电离解离机制和激光的控制作用,构建合理适用的理论模型；并应用于理论模拟研究单色场和双色场驱动双原子分子的非绝热解离过程，分析驱动场参数对解离通道的控制影响，探寻调控解离通道的有效方法。本项目将促进强场非绝热解离理论的发展，对实现激光控制化学反应具有十分重要的意义。

本项目研究飞秒激光场对分子系统的量子调控，主要研究了激光场参数：场强、波长、脉宽、包络、延时（也即两束光相对相位）对电离/解离通道的调控作用。研究了单色激光场中H_2的非绝热光解过程。依靠能量分布、角度分布和基于Floquet理论的光缀饰态分析通道H2+--〉H++H，(1,0)和H22+--〉H++H+，(1,1)的起源。(1,0) (0-0.2eV)离子是由于直接一光子路径 的键软化引起的，(1,0) (0.3-0.8eV)离子是由直接一光子路径 的键软化和经由 交叉的净两光子路径 的阈上解离引起的,阈上解离路径起主要作用。(1,1)离子来自于H22+的解离， H2+的解离和H2+ 电离为 H22+的过程是竞争的。解离易发生在低场强，电离易发生在高场强。利用含时量子波包方法理论计算研究了二能极K2在单/双色强激光场作用下(泵浦-探测)的双光子单电离行为。发现了光电子能谱的Aulter-Townes (AT)双分裂现象。研究了三能极K2在单/双色强激光场作用下的三光子单电离行为。发现了光电子能谱的AT三分裂现象。研究了激光场参数对AT分裂此现象的控制作用。AT分裂是由于Rabi振荡引起的。泵浦光场强增大，AT分裂增大，AT间距正比于泵浦光强场的平方根；泵浦场强变大，Rabi振荡周期减小；泵浦场强不改变AT相对峰高，即缀饰态几率分布。探测光场强不影响AT间距，不影响AT相对峰高。泵浦波长改变，影响AT间距，位移与失谐相关；影响能峰位置，因为波长改变，光子能量改变；影响能峰相对峰高，因为偏离共振，几率分布不均。探测波长改变，不影响AT间距；影响能峰位置，因为波长改变，光子能量改变；不影响能峰相对峰高。激光脉宽影响AT间距及相对峰高，只有合适的脉宽（10fs-100fs）才能产生对称分布的AT分裂。不同脉宽，出现AT分裂的场强不同，脉宽越长出现场强越低。激光包络不影响AT间距，影响能峰相对峰高。两束光间的延时时间（也即相对相位）影响AT分裂，延时时间越长，AT分裂逐渐消失。激光波长、包络和延时是可以控制分子系统在飞秒强激光场中缀饰态选择性分布的有效参数。预期研究计划中用含时量子波包方法结合Floquet理论研究多电子分子CO、 N2、 NO、O2的非绝热光解过程，分析激光场的调控行为，因为时间不足，研究进行中。其他与预期研究进展一致。