摘 要

隧道电离是强场超快物理学中的一个基本过程，对隧道电离电子超快动力学的研究极大地促进了阿秒光源产生、分子结构成像、超快时间分辨测量等技术的发展。在隧道电离过程中，经历不同路径到达相同末态的电子波包可能产生量子干涉效应，而量子干涉效应对隧道电离电子的动量分布有着重要的影响。本论文以偏振方向成一定角度的双色（800nm（强）/400nm（弱））多周期激光脉冲中氢原子隧道电离的电子之间干涉效应为研究对象，采用量子轨迹蒙特卡洛模拟方法进行计算。主要工作及研究结果如下：

分析双色激光场的夹角为时，相对相位差对周期内干涉图样的影响。得出改变相位差可以调控周期内干涉的图样对比度的结论。考虑周期内干涉图样的显著性，论文重点分析了当双色激光场的相对相位差为时，双色激光场夹角对周期内干涉条纹的影响。结果表明，夹角是通过影响参与干涉的电子的初始动量而实现对周期内干涉结构的影响。

在双色激光场的夹角为时，分析相对相位差对周期间干涉结构的对称性的影响。根据是否考虑库伦势，分为两种情况进行考虑。忽略库伦势时，相对相位差决定了周期间干涉结构的不对称性。考虑库伦势时，采用轨迹追踪的方法发现，对于给定的末态动量，考虑库伦势的情况之下的电离时刻早于忽略库伦势的情况，然而电子发生电离时的电场强度直接决定了电子的电离率，最终使周期间干涉结构的不对称性受到影响。

本论文得到的偏振方向成一定角度的双色（800nm（强）/400nm（弱））激光脉冲中隧道电离的电子之间干涉效应的计算结果，为分子轨道成像、光电子全息结构观测等诸多方面研究提供了新的思路。

关键词：量子干涉效应；双色激光场；强场隧道电离

Abstract

Tunneling ionization is a basic process in strong field physics, and researches on the ultrafast dynamics of the tunneling electrons greatly promote the development of attosecond light source, imaging of molecular structure and ultrafast time-resolved measurement technology. After tunneling, electrons propagating through different paths but reaching the same final momenta may produce quantum interference effect. Quantum interference effect plays an important role on the momentum distributions of the tunneling electrons. In this thesis, tunneling ionization of hydrogen atom in an 800nm (strong) -400nm (weak) two-color laser pulses with a certain angle of polarization are systematically studied. I mainly apply the approach named Quantum Trajectory Monte Carlo simulation. The main work and research results are shown as follows.

The influence of the relative phase difference between the two-color laser fields on the intracycle interference patterns is investigated when the angle of two laser fields equals . A conclusion is drawn that the change of phase difference is able to control the visibility of the intracycle interference patterns. Considering the visibility of the intracycle interference pattern, the influence of the angle between the two color laser fields on the intracycle interference fringes is analyzed when the phase difference equals . The results show that the angle influences the initial momenta of the electrons involved in the interference structure.

The influence of the phase difference of the two color laser fields on the symmetry of the intercycle interference structure is investigated when the angle equals . Neglecting Coulomb potential, the phase difference determines the asymmetry of the intercycle interference structures. Considering the Coulomb potential, through the trajectory tracking method, we find that for a given final momentum, the ionization time is earlier than that ignoring the Coulomb potential. The electric field intensity at the ionization time determines the ionization rate, thus ultimately affect the asymmetry of the intercycle interference patterns.

The interference of tunneling electrons from hydrogen atom in an 800nm (strong) -400nm (weak) two-color laser pulses with a certain angle of polarization is studied in the thesis. The results may inspire the research on molecular orbital imaging, photoelectron holography and so on.

Key Words: Quantum Interference Effect; Two-color Laser Field; Strong Field Tunneling Ionization

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 原子在强激光场中的隧道电离 1

1.3 强场物理中的电子干涉 3

1.3.1 周期间干涉 4

1.3.2 周期内干涉 4

1.3.3 光电子全息 5

1.3.4 量子干涉效应与电子动量分布 5

1.4 双色激光场电离机制研究现状 6

1.5 本文的主要内容与结构 8

第2章 强场隧道电离过程的若干模型 9

2.1 经典再散射模型 9

2.2 含时薛定谔方程 9

2.3 量子轨迹蒙特卡洛模拟 10

2.3.1 量子轨迹蒙特卡洛模拟的基本思想 10

2.3.2 量子轨迹蒙特卡洛模拟计算步骤 11

2.3.3 量子轨迹蒙特卡洛模拟与经典再散射模型的对比 12

第3章 偏振方向成一定角度双色激光场中的电子干涉 14

3.1 计算条件的设置 14

3.2 量子轨迹蒙特卡洛模拟的算法实现 15

3.3 周期内干涉图样的对比度随双色场相位差的变化 15

3.4 周期内干涉图样随双色场夹角的变化规律 17

3.5 库伦势对末态动量分布的影响 21

3.5.1 不考虑库伦势时的隧穿光电子动量分布 21

3.5.2 考虑库伦势时的隧穿光电子动量分布 23

第4章 总结与后续工作 25

参考文献 26

附 录 28

致 谢 29

绪论

引言

随着激光技术的发展，激光的脉冲逐步实现了在纳秒、皮秒、飞秒甚至阿秒量级的突破，并且覆盖红外、可见光、紫外甚至X射线等波段，这意味着激光脉冲的长度已经能够达到与光周期相同的数量级。此外，激光的强度也越来越高，拍瓦（W）级激光器已研制成功，迄今为止，人类所能实现的激光脉冲强度已经超过了W/cm²。超快超短激光的发展为科研工作者对于物质的微观结构及运动规律的探索提供了全新的思路，从而大力推动了物理、化学等基础学科的发展。

光与物质的相互作用，是物理学研究领域中的重要问题，也是深入研究组成物质的原子、分子的结构及其相互作用规律的重要手段。激光的出现，为光与物质相互作用机制的研究提供了具有良好的相干性而又高亮度的光源。激光脉冲长度压缩至飞秒量级，意味着激光脉冲长度深入到原子分子本征时间尺度，从而为研究原子分子及其内部电子的超快运动过程提供了前所未有的技术方案及实验条件。