專利名稱：一種阿秒量級原子分子超快動力過程的探測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及強場激光與原子或分子相互作用領(lǐng)域，特別涉及一種能實現(xiàn)阿秒量級的原子分子超快動力過程的探測方法。
背景技術(shù)：
隨著量子力學(xué)的發(fā)展，人們對于原子分子的結(jié)構(gòu)靜態(tài)結(jié)構(gòu)，比如說原子能級，分子軌道等已經(jīng)有了比較深入的認識。但是對于原子分子的動力過程的認識，特別是在強場激光中的超快動力過程，還很不清楚。比如強場電離過程中的電子空缺變化，解離過程中的電子局域化分布，以及分子核的運動過程等等。對這些超快動力過程的探測是目前的前沿科
學(xué)之一。線性偏振的強場激光與原子或分子作用而電離的電子可以以一定的概率返回，與母離子發(fā)生碰撞。這些返回來的電子就叫做回復(fù)電子。這些回復(fù)電子與母離子發(fā)生碰撞時，會攜帶母離子的一些信息。這些信息可能包含在被彈性散射的電子中，或是包含在由于碰撞復(fù)合而產(chǎn)生的光子中，或是包含由于碰撞而導(dǎo)致的解離或雙電離而產(chǎn)生的離子或電子中。由于碰撞電子具有與母離子接觸深、高密度，持續(xù)時間短等優(yōu)點，近年來回復(fù)電子與母離子的碰撞被廣泛用于探測強場作用下的超快動力過程。2003年，H. Niikura等人在《自然》上的一篇文章中提出了分子鐘的概念，其工作原理是這樣的在強場激光的作用下氫分子(或氘分子)發(fā)生單電離，單電離的電子(即第一個電子)在電場中加速并且有一部分電子被拉回來與離子發(fā)生碰撞，將第二個電子激發(fā)。這樣被激發(fā)的體系很不穩(wěn)定，會發(fā)生解離。通過測量解離的碎片的動量或能量，就可以獲得碰撞時刻分子中核的距離。這樣，如果知道分子第一個電子電離后核的運動過程，根據(jù)碎片即電子或離子的能量而得到的核間距，從而可以推測出碰撞發(fā)生的時間。同樣，如果可以控制碰撞時間，那么通過測量碎片的能量可以獲得不同時間所對應(yīng)的核間距信息，從而獲得核運動過程的動態(tài)信息。分子鐘的工作原理與傳統(tǒng)的泵浦-探測實驗相似，要獲得分子核運動過程動態(tài)信息，需要控制泵浦-探測的延遲時間。在分子鐘中，這個延遲時間就是碰撞時間與第一個電子電離的時間差。在線性偏振的單色場中，這個時間差是由激光波長決定的。所以，在以前的實驗中，是通過改變激光場的波長來改變延遲時間的。但是，在實驗上，要改變激光波長不是一件容易的事情，特別是實驗上不能夠?qū)崿F(xiàn)波長的連續(xù)變化。這樣時間延遲不能連續(xù)變化，從而影響實時探測分子動力過程的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種阿秒量級原子分子超快動力過程的探測方法，通過對碰撞時間的更高精度控制實現(xiàn)對原子分子超快動力過程的更高精度探測。一種阿秒量級原子分子超快動力過程的探測方法，將兩束偏振方向正交頻率不同的線性偏振光聚焦到氣體介質(zhì)，調(diào)節(jié)兩束光的相對相位，測量不同相對相位下的原子或分子由于雙電離而產(chǎn)生的電子和/或離子動量，根據(jù)電子和/或離子動量信息獲知超快動力學(xué)過程。作為進一步優(yōu)化，所述兩束線性偏振光的波長比為1 2。本發(fā)明提供了一種控制延遲時間的新方法。這種方法對延遲時間的控制精度非常高，相對相位每改變0. 1 π，延遲時間的改變量可小于200阿秒。從而，可實現(xiàn)對強場與原子分子相互作用的超快動力學(xué)過程阿秒量級的實時探測。對于氫原子超快動力學(xué)過程的探測，如果采用頻率之比為1 2，強度相同的正交線性偏振光，其精度可達到200阿秒以上。


圖1為實例一工作原理圖；圖2為實例一中正交雙色場對時間延遲控制的物理過程示意圖；圖3為實例一碰撞與單電離之間的延遲時間示意圖。其中圖3a為800+400納米的正交場作用下的延遲時間，圖北為1600+800納米的正交場作用下的延遲時間。圖4為實例一正交雙色場相對相位與“碰撞-單電離”的延遲時間的關(guān)系示意圖， 圖如對應(yīng)的激光場為800+400納米的正交場，圖4b對應(yīng)的激光場為1600+800納米的正交場。圖5為正交雙色場與氦原子作用，不同相對相位時雙電離得到的相關(guān)電子動量
■i並曰ο
具體實施例方式下面結(jié)合實例和附圖對本發(fā)明作具體說明。實例1 正交雙色場對氫氣分子雙電離碰撞時間的控制如圖1所示，采用的正交場為800nm+400nm，強度均為1. 0X 1014W/cm2 ；還采用 1600nm+800nm的正交雙色場，強度均為0. 5X 1014W/cm2。圖2給出了控制過程的物理示意圖，φ表示相對相位。實線為y方向的電場，虛線為合電場強度。在不同的相對相位時，合電場強度的峰值出現(xiàn)的時間不同。因此，第一個電子電離的時間不同。由于碰撞時間是第一個電子電離時間的函數(shù)，所以第一個電子電離時間的移動導(dǎo)致了碰撞時間的變化。因此通過調(diào)節(jié)正交雙色場的相對相位，使第一個電子電離的時間發(fā)生很小的變化，再引起碰撞時間發(fā)生移動，從而導(dǎo)致延遲時間，或者稱為渡越時間，即碰撞時間和第一個電子電離時間的時間差發(fā)生變化。圖3給出了不同相對相位時，氫分子雙電離過程中碰撞和第一個電子電離之間的時間延遲。圖3a和圖北分別對應(yīng)的是800nm+400nm和1600nm+800nm的雙色場。 圖3說明正交雙色場相對相位的改變，導(dǎo)致了延遲時間(渡越時間)的緩慢變化。因此，通過控制相對相位，就能控制延遲時間。通過測量不同相對相位下的離子動量(或能量)，根據(jù)E = 1/R可得到不同時刻的核間距R，從而獲得核隨時間的演化過程，即獲知分子超快動力學(xué)過程。圖4給出了相對相位每改變0. 時，延遲時間的變化量。對于800nm+400nm的正交雙色場，相對相位每改變0. 1 π，延遲時間的變化量可小于200阿秒。因此可以實現(xiàn)對延遲時間阿秒量級的控制，從而使得分子超快動力過程探測的精度達到200阿秒以上。結(jié)合800nm+400nm和1600nm+800nm這兩種正交雙色場，時間延遲可控范圍為0. 78飛秒到4. 5 飛秒。因此可以利用本發(fā)明提出的方案，在這個時間范圍內(nèi)(0. 78 4.5飛秒)，實現(xiàn)對分子超快動力過程進行阿秒量級的實時探測。
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實例2利用正交雙色場研究氦原子非次序雙電離。采用的激光場是800nm+400nm的正交場，激光強度都為4. OX 1014W/cm2。通過改變相對相位來控制碰撞時間，以研究不同時間的碰撞導(dǎo)致的雙電離的電子對的關(guān)聯(lián)特性。圖5給出了不同相對相位時，雙電離電子在SOOnm 激光偏正方向的電子動量譜?？梢姡S著相對相位的增加，電子分布由第二、四象限向第一、 三象限轉(zhuǎn)移，說明電子關(guān)聯(lián)特性由反關(guān)聯(lián)向正關(guān)聯(lián)變化。實例3本發(fā)明計算了不同波長比以及不同強度比的正交雙色場對時間延遲的控制效果， 如表一所示。當(dāng)波長比為1 1時，雙電離信號弱，并且延遲時間不可控。當(dāng)強度之比為 2 1,3 1,4 1時，相對相位每改變0.1 π，時間的控制精度分別為160阿秒、200阿秒和220阿秒，所以，當(dāng)波長比為2 1時，對延遲時間的控制精度最高。改變激光強度比，發(fā)現(xiàn)當(dāng)強度比為2 1時，在很寬的時間范圍內(nèi)都有碰撞發(fā)生，沒有達到精確控制延遲時間的目的，而當(dāng)強度比為1 2時，干擾信號太強，而當(dāng)強度之比為1 1時，控制效果最好。具體實例對比結(jié)果參見表1。表1對比實例結(jié)果表
權(quán)利要求
1.一種阿秒量級原子分子超快動力過程的探測方法，將兩束偏振方向正交頻率不同的線性偏振光聚焦到氣體介質(zhì)，調(diào)節(jié)兩束光的相對相位，測量不同相對相位下的原子或分子由于雙電離而產(chǎn)生的電子和/或離子動量，根據(jù)電子和/或離子動量信息獲知超快動力過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阿秒量級原子分子超快動力過程的探測方法，其特征在于，所述兩束線性偏振光的波長比為1:2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種阿秒量級原子分子超快動力過程的探測方法，其特征在于，所述兩束線性偏振光的強度相同。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種阿秒量級原子分子超快動力過程的探測方法，將兩束偏振方向正交頻率不同的線性偏振光聚焦到氣體介質(zhì)，調(diào)節(jié)兩束光的相對相位，測量不同相對相位下的原子或分子由于雙電離而產(chǎn)生的電子和/或離子動量，根據(jù)電子和/或離子動量信息獲知超快動力過程。本發(fā)明對延遲時間的控制精度高，相對相位每改變0.1π，延遲時間的改變量可小于200阿秒，實現(xiàn)對強場與原子分子相互作用的超快動力學(xué)過程阿秒量級的實時探測。
文檔編號G01B21/00GK102175197SQ201110020650
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者周月明, 陸培祥 申請人:華中科技大學(xué)