WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     |
|

Работа выполнена в Институте прикладной физики РАН (г. Нижний Новгород)

Научный консультант: член-корреспондент РАН, доктор

На правах рукописи

физико-математических наук

, профессор А. М. Сергеев ЕМЕЛИН Михаил Юрьевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор А. М. Попов доктор физико-математических ГЕНЕРАЦИЯ АТТОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ наук, профессор В. Я. Демиховский ПРИ ЛАЗЕРНОЙ ИОНИЗАЦИИ ВОЗБУЖДЕННЫХ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ

Ведущая организация: Институт общей физики имени А. М. Прохорова РАН 01.04.21 – лазерная физика

Защита состоится 22 июня 2009 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 002.069.02 в Институте прикладной физики РАН (603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной А в т о р е ф е р а т физики РАН.

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Автореферат разослан _ мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, профессор Ю. В. Чугунов Нижний Новгород – 2009 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ции аттосекундного излучения является одной из актуальных в настоящее Актуальность темы. Получение ультракоротких импульсов электро- время задач. Также значительный интерес вызывают проблемы сокращения магнитного излучения является на протяжении многих лет одной из важ- длительности аттосекундных импульсов и управления спектральным состанейших задач лазерной физики. Первые лазеры, созданные в начале 60-х вом генерируемого излучения. Решению этих важных задач посвящены г.г., обеспечивали длительности импульсов порядка десятков-сотен микро- первые две главы данной работы.

секунд. К настоящему времени для широко распространенных лазеров Кроме непосредственного использования уже полученных аттосекундближнего ИК и видимого диапазонов рекордные длительности импульсов ных импульсов для зондирования электронной динамики, сам процесс их составляют около 3.5–4 фемтосекунд [1, 2]. генерации (а также процесс генерации высоких гармоник) представляет Одно из основных применений ультракоротких импульсов – исследова- интерес с точки зрения зондирования ядерной динамики в молекулах со ние динамики быстропротекающих процессов в веществе. Обычно исполь- сверхвысоким временным разрешением (так называемого сверхбыстрого зуемый для этого метод pump–probe (накачка–зондирование) основан на молекулярного динамического имиджинга – МДИ [10]), что обусловлено проведении серии измерений, в каждом из которых система подвергается зависимостью характеристик излучения, генерируемого в молекулярных гавоздействию последовательности двух импульсов – возбуждающего и зон- зах, от конфигурации молекул. Достигаемое при этом временное разрешедирующего. Импульс накачки играет роль спускового крючка, инициирую- ние может приближаться к порогу в 1 фс и даже превышать это значение, щего исследуемый процесс, а зондирующий импульс, посылаемый с регу- позволяя осуществлять мониторинг молекулярной динамики на аттосекундлируемой временной задержкой, используется для измерения той или иной ных временных масштабах. Третья глава данной работы посвящена разрафизической величины, характеризующей состояние исследуемого образца. ботке новых методов зондирования молекулярной динамики со сверхвысоХарактерные времена колебаний атомов в молекулах изменяются от десят- ким временным разрешением.

ков пикосекунд (в тяжелых молекулах) до примерно 15 фс (в легких молеЦелью работы является:

кулах). Именно поэтому фемтосекундные лазеры стали мощным инстру- разработка методов аналитического описания и численного моделиментом для исследования процессов в веществе, связанных с движением рования процесса генерации аттосекундных импульсов и высоких гармоник ядер. О важности таких исследований свидетельствует присуждение в оптического излучения при ионизации атомов и молекул фемтосекундным 1999 г. Нобелевской премии по химии Ахмеду Зивейлу за спектроскопию лазерным импульсом;

сверхвысокого временного разрешения [3].

- применение развитых методов и созданных программ для выявления Поскольку электрон легче протона примерно в 2000 раз, характерные оптимальных условий взаимодействия фемтосекундного лазерного импульвременные масштабы процессов, обусловленных движением электронов, на са с ионизуемой частицей с точки зрения эффективности генерации и длипорядки величины меньше соответствующих времен для ядерной подсистельности аттосекундного импульса, а также управления спектральным темы. Это означает, что для зондирования электронной динамики методом составом генерируемого излучения;

pump–probe требуется использование импульсов аттосекундной длитель- разработка на основе развитых аналитических и численных подходов ности (1 ас = 10-18 с).

новых методов зондирования ядерной динамики в молекулах со сверхвысоПоследние несколько лет отмечены значительными успехами в создаким временным разрешением.

нии источников световых импульсов субфемтосекундной длительности и в Научная новизна работы заключается в следующем:

разработке методик их применения для зондирования и контроля сверх1. Построена аналитическая теория, позволяющая описывать динамику быстрых процессов в веществе [4]. Достигнутый в этой области прогресс свободных электронных волновых пакетов и процесс генерации ознаменовал возникновение нового научного направления – аттосекундной одиночного аттосекундного импульса при ионизации атома в режиме физики [5, 6], которое в настоящее время бурно развивается. К настоящему подавления кулоновского барьера на переднем фронте мощного моменту с помощью аттосекундных импульсов уже удалось прописать врефемтосекундного лазерного импульса.

менной профиль осцилляций электрического поля лазерного импульса [7], 2. Предложен метод управления спектральным составом генерируемого измерить время Оже-процесса в атомах криптона [8], они уже нашли свое аттосекундного импульса, основанный на квантовой интерференции применение в аттосекундной туннельной спектроскопии [9].

волн де Бройля при ионизации молекулы, находящейся в возбужденном Однако, в настоящее время эффективность генерации аттосекундных колебательно-вращательном состоянии.

импульсов невысока, что накладывает существенные ограничения на области их возможного применения. Поэтому повышение эффективности генера 3 3. Показано, что за счет использования предварительного электронного генерируемого аттосекундного импульса от конфигурации возбуждения атома или молекулы эффективность генерации атто- молекулярной системы могут быть использованы для зондирования секундного импульса может быть существенно повышена, а длитель- ядерной динамики в молекуле со сверхвысоким временным ность значительно сокращена. разрешением.

4. Проведено теоретическое сравнение методов получения одиночного Достоверность полученных результатов подтверждается хорошим аттосекундного импульса, основанных на тормозном механизме излусогласием аналитически полученных выводов с результатами численных чения и на рекомбинации электрона с родительским ионом.

расчетов и экспериментальными данными.

5. Предложен метод зондирования долговременной внутримолекулярной По первой главе – аттосекундные всплески излучения, рассчитанные по динамики, основанный на эффекте генерации высоких гармоник. Метод формулам, полученным в рамках развитой аналитической теории, хорошо применим как к тяжелым, так и к легким молекулам, не требует их предсогласуются с результатами численных расчетов как качественно (асимпварительного выстраивания и обладает временным разрешением в 1–2 фс.

тотическая теория), так и количественно (полная теория). Наблюдаемое в 6. Предложен метод мониторинга внутримолекулярной динамики с теории повышение эффективности генерации высокочастотного излучения использованием процесса генерации аттосекундного импульса. Метод при переходе к возбужденным состояниям подтверждается эксперименпозволяет зондировать долговременную ядерную динамику как в тальными данными.

тяжелых, так и в легких молекулах с аттосекундным временным По второй главе – аналитически предсказанные положения характерразрешением.

ных особенностей в спектрах аттосекундных импульсов хорошо согласуПрактическая ценность. Предложены способы повышения эффек- ются с результатами численного моделирования. Также наблюдается тивности генерации аттосекундных импульсов и управления их характери- качественное согласие полученной зависимости эффективности генерации стиками за счет оптимизации начального состояния атомов или молекул высокочастотного излучения от межъядерного расстояния в молекуле с газа. Кроме того, в диссертации предложены новые методы зондирования экспериментальными данными.

ядерной динамики в молекулах со сверхвысоким временным разрешением. По третьей главе – наблюдается согласие спектров высоких гармоник, полученных в результате численного моделирования, с экспериментальНа защиту выносятся следующие основные положения:

ными данными. Также имеется хорошее совпадение с экспериментом полу1. Использование предварительного электронного возбуждения атомов ченных результатов по зондированию ядерной динамики в молекулярном или молекул позволяет существенно повысить эффективность генерации ионе D2+.

и значительно сократить длительность аттосекундных импульсов, генерируемых при последующей ионизации газа на переднем фронте мощного Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на фемтосекундного лазерного импульса в режиме подавления кулоновского российских и международных физических конференциях, в том числе лично:

барьера. 2003 г.: Н. Новгород (Россия), С.-Петербург (Россия), Саратов (Россия).

2. Путем предварительного выстраивания и колебательного возбуждения 2004 г.: Н. Новгород (Россия).

молекул можно осуществлять управление спектральным составом атто- 2005 г.: Н. Новгород (Россия), Орфорд (Квебек, Канада).

секундных импульсов, генерируемых при ионизации газа на переднем 2006 г.: Н. Новгород (Россия), Лондон (Великобритания), Саламанка (Исфронте мощного фемтосекундного лазерного импульса, за счет исполь- пания), Москва (Россия).

зования интерференции волн де Бройля электронов, испускаемых от 2007 г.: Н. Новгород (Россия), Ираклион (Крит, Греция), Минск (Белорусразличных ядер в молекуле в процессе ее ионизации. сия) – приглашенный доклад.

3. Использование молекул, находящихся в возбужденном электронном 2008 г.: Н. Новгород (Россия).

состоянии и ориентированных перпендикулярно электрическому полю По теме диссертации опубликовано 46 работ, из которых 7 статей в ионизующего лазерного импульса, позволяет компенсировать реферируемых научных журналах и 39 публикаций (в том числе, 2 статьи) в негативное влияние магнитного поля лазерного импульса на сборниках трудов и тезисов докладов конференций.

эффективность процесса генерации высокочастотного излучения при Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, возвратном столкновении электрона с родительским ионом.

трех глав, заключения, четырех приложений и списка литературы. Общий 4. Зависимость эффективности генерации высоких гармоник и объем работы – 168 страниц, включая 58 рисунков. Список цитируемой зависимость положения характерных особенностей в спектре литературы состоит из 162 наименований.

5 СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

брегается влиянием поля иона на движение электрона в свободном пространстве. Данное приближение вполне оправдано, так как при характерных Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее значениях интенсивности лазерного поля порядка 1016–1017 Вт/см2, необцели, изложена структура диссертации, приведены выносимые на защиту ходимых для реализации исследуемого режима генерации, амплитуда положения, сделан обзор литературы.

осцилляций электронного волнового пакета после отрыва от атома многоВ первой главе детально исследуется процесс генерации аттосекундкратно превосходит атомные размеры. Во-вторых, предполагается, что при ного всплеска излучения при ионизации атома водорода на переднем фронотрыве не происходит искажения формы электронного волнового пакета.

те мощного фемтосекундного лазерного импульса в режиме подавления Данное приближение выполняется с очень хорошей точностью (что подкулоновского барьера [11]. Рассматривается ионизация как из основного тверждается результатами численных расчетов), так как характерные часэлектронного состояния атома, так и из возбужденных. Данный режим тоты возбужденных атомных состояний оказываются порядка или меньше существенно отличается от обычно рассматриваемого режима генерации частоты лазерного поля (для расчетов используется вторая гармоника Ti:Sa высоких гармоник. В случае если пиковая интенсивность лазерного лазера), а процесс ионизации атома при используемой интенсивности импульса намного превышает критическое значение, соответствующее воздлится много меньше периода поля. В рамках используемых приближений никновению надбарьерной ионизации, отрыв электрона может происходить и после перехода в систему отсчета, связанную с центром пакета, уравнение за промежуток времени, существенно меньший по сравнению с периодом Шредингера (1) сводится к следующему:

поля. Волновой пакет освободившихся электронов движется затем вне, ih = (3) атома как единое целое и может, будучи ускоренным в электрическом поле t 2m лазерного импульса, возвратиться к родительскому иону и столкнуться с а начальными условиями являются волновые функции стационарных состоним, вызвав одиночный всплеск излучения аттосекундной длительности яний электрона в атоме.

[12]. При этом генерация высокочастотного излучения происходит не Сначала задача об эволюции волновых пакетов, соответствующих в вследствие рекомбинации электрона и родительского иона, а за счет классиначальный момент времени S-состояниям атома водорода, решается в разческого тормозного механизма. Данный механизм генерации аттосекундличных асимптотических приближениях. Находится эволюция электронной ных импульсов до последнего времени оставался слабо исследованным.

Pages:     |
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.