基于玻姆力学方案研究强激光与原子、分子相互作用中的电子动力学过程

For producing attoscond pulses and realizing the electronic quantum control, it is necessary to investigate the eletronic dyanmic process in atoms and molecules exposed to intense laser pulses. The theroetical treatment on this process mainly includes quantum and classical schemes. Although the quantum calculation can obtain an accurate result, it need more computational resource and, is not easy to extract the required physical information. The classical calculation has very high computation efficiency and can give a clear physical picture. However, it can not include the quantum effects, such as the quantum interference.To compensate for the shortcomings in these theoretical approaches, we investigate the electron dynamic process using the Bohm mechanics.The Bohm trajectories are calculated in the new approach, which is combined the accurate numerical solution of three dimensional time dependent Schrodinger equation with the sampling technique. Through the analysis for the Bohm trajectories, we can investigate the electron dynamics behavior in the strong field, and understand deeply the physics behind the progresses including the excitation, tunneling ionization, high-order harmonic generation and above threshold ionization. The Bohm mechanics approach can also be applied to calculate the interaction between intense laser pulse with the atoms including two active electrons,and to expolre the dynamic correlation effect.

对强激光场作用下原子、分子中的电子动力学过程的研究为产生阿秒脉冲，实.现电子的量子调控奠定了基础。理论上研究该过程主要包括量子和经典方案：量子计算的结.果准确，但是需要消耗很多的计算资源且不容易提取需要的物理信息；经典方案的计算效率.很高，可以给出清晰的物理图像，但在计算中无法涵盖干涉等量子效应。本项目提出应用玻.姆力学方案研究电子动力学过程来弥补之前理论方案的缺点。该方案基于快速准确的三维量.子计算方案，结合优化的数值采样技术，根据含时波函数信息，计算体系的玻姆轨迹信息。.通过对玻姆轨迹动力学行为的分析，研究原子、分子中电子在光场作用下的动力学行为，加.深对强场作用下体系的激发、隧穿电离、高次谐波发射和光电子发射等过程的认识。进一步.应用玻姆力学研究两电子原子与强激光相互作用，探索电子动力学关联效应的影响。

理论上研究强激光辐照下原子、分子中的电子动力学主要包括经典和量子模拟方案。量子模拟方案的结果准确，但需要消耗非常多的计算资源，且不易提取物理机制；经典方案的计算效率很高，可以给出清晰的物理图像，但在计算中无法涵盖干涉等量子效应。.本项目基于单电子近似，通过求解体系的含时波函数，进而利用波函数信息得到玻姆粒子的运动行为。通过对玻姆粒子行为的分析，理解强激光与原子分子相互作用产生的激发，电离和谐波发射等过程的物理机制。在这一方案下，研究了不同维度下的玻姆力学方案的有效性；利用经典、量子轨道计算，并与玻姆轨迹进行对比，讨论了各种方案的适用性；利用玻姆轨迹行为研究了原子、分子在强激光作用下的激发、电离和谐波发射过程的机制，给出了清晰的物理图像。.高次谐波是产生阿秒脉冲和软X射线源的重要手段，本项目重点对其产生机制和效率问题进行了研究。利用玻姆轨迹的初始位置信息，结合含时波函数计算任意时刻玻姆粒子的速度得到任意时刻玻姆粒子的位置、加速度和能量等信息。通过对玻姆粒子的动力学行为分析，重现了产生高频辐射的动力学过程，并讨论了相干效应在谐波产生过程中的影响。基于该方案研究了电离电子与母体离子复合发光过程中连续态和基态布居的作用，分析了影响谐波发射效率的因素，为在实验上提高谐波发射效率提供了可靠的理论依据。.电离是诸多强场物理现象的基础，本项目对这一问题进行了深入研究。选择初始分别布居在原子中心和边缘的玻姆粒子，分析了其在激光场作用下的动力学行为。发现初始位于原子边缘的轨迹，在上升沿或下降沿发生电离，其中部分粒子在激光脉冲峰值附近的运动行为和初始布居在中心的粒子相同。电离的原因是在上升沿和下降沿受量子力的作用，这一研究解释了反直觉的电离抑制现象。