线偏振激光场中原子的多光子电离的光电子角分布研究.ppt

线偏振激光场中原子的多光子电离的光电子角分布研究,报告人：刘凤荣 学号：13720128 导师：许晓明,研究的问题：多光子电离,可以通过测光电子的动能、强度、角分布来研究原子、分子、凝聚相，尤其是固体表面的电子结构。 光电子角分布是强场中多光子电离研究的基础 光电子角分布指光电子的产生几率的空间分布 线偏振激光场中：光电子主要分布在激光偏振的方向上，并呈现四对称分布，即具有关于偏振矢量的对称性和空间反演对称性。,光电子角分布的处理方法,GAC理论框架：1）Volkov态描述自由电子在量子化的激光场中运动的状态 2）以量子化的Volkov态为中间态将电力描述为两个过程：激发过程和出场过程 3）每个过程满足能量、动量守恒 利用复合相位Bessel函数表征光电子的跃迁几率振幅，将光电子的角分布与复合相位Bessel函数直接联系起来,研究结果,复合相位Bessel函数的性质能够表征光电子角分布的主要特点及其随激光强度、频率以及光电子能量的演化。 该理论证实了实验上已经观测到的各种光电子角分布，预言了实验上尚未观测到的光电子角分布，确立了光电子角分布的标度定律 这篇文献主要介绍强激光场中原子的多光子电离研究中有关光电子角分布的若干重要实验观测及采用非微扰量子电动力学对这些现象的处理。,Contents,GAC理论对光电子电离的处理,GAC理论用如下跃迁矩阵来描述多光子电离过程 （1） 其中， 是电子与光场分离的平面波态， 是束缚电子本征态， 分别为相互作用前后激光场中的光子数；所有满足能量守恒的Volkov态为中间态，库仑势的作用只体现在束缚电子的初态上。,GAC理论成功的解释了强光场中半过程的KD效应,光电子角分布的大角度分裂在光电子的出场过程中产生，受激光场的有质动力势的散射而形成 分裂角度的大小决定于光电子的动量和激光场有质动力动量的比值（相同强度的激光场中，低能量的光电子角分布的分裂角度较小；相同能量的光电子，低强度的激光场中产生较大的分裂角） 半过程指电子只有出场过程而无入场过程 理论与实验很好的吻合，检验了理论的正确性，而且GAC理论是经过严格的数学推导得出的，与其他强场理论相比，具有更大的影响力,复合相位Bessel函数,在单模激光场中，原子的电离伴随着自发辐射，对于确定能量的光电子（即某一光电子峰），其产生速率可以表示为,其中 为光电子的微分立体角； 是光电子的动量，它们满足能量守恒关系,其中 是电离过程中吸收的光子数， 是激光场的优势动力能， 是靶原子的电离势；,（2）,（3）,上述公式中，采用了一种带相位的Bessel函数，它通过普通的第一类Bessel函数定义：,该函数对复变量操作非常方便。线偏振激光场中位相Bessel函数与普通Bessel函数相同。借助相位Bessel函数，定义如下复合位相Bessel函数为,（4）,（5）,（6）,其中，,（7）,研究发现,电离过程中起主导作用的是(4)式中第一个复合相位Bessel函数,它的阶j表示电离过程中电子吸收的光子数,其自变量由光电子的动量和激光的强度、频率等共同决定.复合相位Bessel函数值的变化,决定了光电子角分布的主要特征及其演化.,光电子角分布的喷射结构,实验观测显示，除了沿着激光偏振方向的主枝结构之外，光电子的角分布具有许多微结构。随着激光强度、频率以及光电子能量的不同，主枝结构、喷射结构的大小、数目都会发生变化 重要实验观测： 1)Richle等人观测到双光子过程的光电子角分布,当激光强度的增加时,喷射结构渐渐增大,最后主枝结构消失,光电子的角分布呈现出由展宽了的喷射结构所形成的一钟型分布 2)Nandor等人观测到,对一组连续的ATI峰,多吸收一个光子,其光电子角分布中的喷射结构数也增加一个,GAC理论计算结果,计算结果表明： 1）光电子的角分布具有沿着激光偏振方向的主 枝结构,还有从主枝结构腰部伸出的喷射结构 2）随激光强度、频率以及光电子能量的不同,主枝结构可能分裂、消失,喷射结构的数目以及大小都会有明显的变化 3）喷射结构可能会大于主枝结构而成为光电子 角分布的主要部分,研究发现,在多光子电离过程中,电子的跃迁几率幅可由复合相位Bessel函数 来描述。 复合相位Bessel函数的值随自变量Z的增加而振荡地增加,从而形成一系列的极值点; 对应于最大值Zmax附近的复合相位Bessel函数的值形成了光电子角分布的主枝结构,其它的的极值点附近的复合相位Bessel函数的值形成光电子角分布的喷射结构;,,如果 小于其临近变量对应的复合相位Bessel函数的值,则光电子角分布的主枝结构出现分裂; 如果 ,则主枝结构消失. 复合相位Bessel函数的振荡特点由其阶j和第二个自变量 决定. 下面以双光子过程为例,建立光电子的角分布与复合位相Bessel函数的对应关系.,双光子过程,跃迁几率幅由二阶复合位相Bessel函数决定，函数的值随着自变量Z的变化的振荡形成了光电子角分布的喷射结构。 自变量Z随激光强度的增加以及激光频率的减小而减小,从而导致了激光强度增加时主枝结构消失,（8）,光电子角分布的喷射结构数目与复合相位Bessel函数的对应关系,理论对应关系 一个极值点形成光电子角分布一侧的两个喷射结构 吸收偶数个光子电离的光电子，其角分布必有重心喷射结构；吸收奇数个光子电离的光电子，其角分布必无重心喷射结构；与实验观测一致 结论：光电子角分布一侧的喷射结构的数目,等于自变量最大值范围内复合相位Bessel函数的极值数目的两倍.,光电子角分布的喷射机构随光电子能量的变化,根据公式（3） 光电子的能量由其从光场中吸收的能量决定,用其电离过程中电子吸收的光子数目j来表示 光电子能量的变化影响两个方面：1）一是复合位相Bessel函数的阶数,这将决定光电子角分布有无中心喷射结构;2）自变量Z的最大值的大小,这将决定喷射结构的数目和大小.,,当多吸收一个光子时,复合位相Bessel函数的自变量的最大值增加,所覆盖的复合位相Bessel函数的值的振荡增多,相应地喷射结构的数目增加; 同时中心喷射结构从有到无或者由无到有,光电子角分布一侧的喷射结构数目在奇偶数之间转化. 喷射结构数目的增加必然是奇数个:它可以是一个,就如Nandor等人观测到的;也可以是三个或者其他奇数个,就如在氢原子的多光子电离角分布中发现的,光电子角分布的标度定律,光电子角分布 Bessel函数 由 决定， 所以，这三个参量决定光电子角分布的特点，三个参量不变，光电子角分布的主要特点不变 光电子角分布定律： 当用频率为k倍,强度为k3倍的激光激发结合能为k倍的原子时,光电子的角分布的主要特征不变.,,,,,,在三种情况中验证了标度定律 (1)阈上电离, (2)驻波光场中的半K-D效应; (3)倍频光中的相位差效应. 采用不同的激光频率和激光强度,激发不同束缚势的原子,并保持j,EB,up不变时得到的光电子角分布.从图3可以看出,不论激光场的频率和强度如何变化,只要保持j,EB,up不变时光电子角分布的主要特点相同,从而确立了标度定律.,光电子角分布的标度定律的意义,指出光电子的角分布主要特征由三个无量纲的量j,EB,up决定,从而确定了相关研究中的三个基本物理参数; 将不同频率、不同强度的激光激发不同电离能的原子时得到的光电子的角分布联系在一起,使得实验物理学家得以选择可行的实验参数,使得理论物理学家得以确定等价角分布并和实验比较.,结论与讨论,复合相位Bessel函数的性质决定了光电子角分布的主要特点及其随激光强度、激光频率和光电子能量的演化. 喷射结构与光电子的角动量无关,与初态、中间态的角动量无关,它由复合相位Bessel函数的振荡形成的. 喷射结构的数目等于自变量最大值范围内复合相位Bessel函数的极值数目的两倍; 吸收偶数个光子形成的光电子,其角分布必有中心喷射结构,吸收奇数个光子形成的光电子,其角分布必无中心喷射结构. 光电子角分布的标度定律的确立具有重要意义 强激光与物质相互作用的非微扰量子电动力学理论具有强大的生命力,Thank You !,