利用玻姆力学方案研究强激光与多电子原子相互作用

Along with the deepening of the research on the interaction between intense laser and atoms as well as molecules, multi-electron effect become the focus of research gradually. To theoretically study this problem, one needs to solve the corresponding time-dependent Schrodinger equation of multi-electron quickly and accurately, and give a clear physical picture at the same time. In the project, the interaction between intense laser and multi-electron atoms will be investigated by the Bohmian mechanics scheme in three-dimension. Through this scheme, the guide wave and motion of Bohmian particles can be solved at the same time in which relatively high computational efficiency can be guaranteed on the promise of certain accuracy; the influence of electron correlation effects on the physical process can be considered; and the motion behaviors of Bohmian particles can also be presented and a more clear and intuitive understanding of the physical mechanism behind the physical process can be given through the analysis of their behaviors. We attempt to investigate the ionization process of multi-electron atoms irradiated by the intense laser pulses, analyze the influence of the electron correlation effects on the high-order harmonic generation, above threshold ionization and other strong field phenomena under the action of the laser with different frequencies of laser intensities.

随着强激光与原子、分子相互作用研究的不断深入，多电子效应逐渐成为人们关注的重点。从理论上研究这个问题，需要能够快速准确地求解对应的多电子含时薛定谔方程，并可以给出清晰直观的物理图像。本项目采用多体玻姆力学方案研究强激光与多电子原子相互作用中电子的动力学过程。该方案同时求解引导波和玻姆粒子运动方程，在保证一定准确性的前提下，具有较高的计算效率；方案中通过引入关联长度参数可以考虑电子关联效应对物理过程的影响；方案还可以给出玻姆粒子的运动行为，通过对其行为的分析可以更为清晰和直观地理解物理过程背后的物理机制。利用该方案重点研究电子动力学关联效应对强激光辐照下的多电子原子的电离过程的影响，分析电子关联效应在原子高次谐波发射，阈上电离等现象发挥的作用。

超短强激光脉冲辐照原子、分子体系，产生的高次谐波发射、非次序多电子电离等强场物理现象中呈现出明显的多电子特征。理论上直接对多电子含时薛定谔方程进行求解需要耗费非常多的计算资源同时还无法给出清晰的物理图像。多体的玻姆力学方案在保持计算效率高的前提下，包含了电子关联效应且能提供直观的解释。. 本项目进一步优化了多体玻姆力学方案，研究了Ar原子在强激光电场作用下的电离过程，重点分析了多电子关联对其电离几率的影响。研究发现，利用这一方案计算的单电离和双电离的产额与数值求解TDSE一致，在电离的起步过程中，量子力发挥了重要作用，同时也注意到对于非序列电离时，量子力在重碰过程中的重要作用。分析了原子电离过程中共振效应对电离的影响，通过对玻姆轨迹的分析发现，由于共振驱动脉冲的作用，在这个过程中量子力发挥的作用更大。. 研究了多电子效应对于分子在强激光场中谐波发射的影响。发现N2分子高次谐波谱呈现出清晰的整数阶次谐波；而C6H6分子高次谐波谱则明显的存在3N阶次谐波抑制现象。通过分析分子各个电子轨道布居随时间的演化、轨道空间分布和电离势，发现分子的多个电子轨道对谐波发射均发挥重要作用。深入研究了C2H2分子在反旋双圆激光脉冲作用下的高次谐波谱，发现谐波谱不同能量范围的谐波能够清晰地反应出不同电子轨道产生的谐波以及这些轨道产生谐波的干涉效应。研究了复杂体系的高次谐波发射过程。通过和相同激光脉冲作用下的N2分子谐波比较，发现长链状分子C9H18谐波截止能量更大、效率更高。通过对C9H18分子谐波发射的时间-频率行为和波包运动行为的分析发现，谐波截止能量增加的原因是电离电子从分子的一侧电离后，返回到母体分子离子的不同原子发生复合。. 以上的研究进展对于进一步提高谐波发射效率具有重要的意义，提出了新的轨道电离控制谐波发射方案，进一步提升了谐波发射的截止能量和辐射强度，通过对谐波发射机制的分析，给出了利用谐波发射对复杂物质结构成像方案。