Взаимодействие интенсивных ультракоротких низкочастотных лазерных импульсов с двухатомными гетероядерными молекулами

• Автор: Харин, Василий Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 104 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор литературы
Глава 2. Интерференционная стабилизация двухатомных гетероядерных
молекул относительно фотодиссоциации
2.1. Постановка задачи
2.2. Модель
2.2.1. Разностная схема
2.2.2. Одномерная система
2.2.3. Трёхмерная система
2.3. Воздействие однократного импульса
2.3.1. Одномерная система
2.3.2. Трёхмерная система
2.4. Воздействие последовательности импульсов (ршпр-ргоЬе)
2.4.1. Одномерная система
2.4.2. Трёхмерная система
Глава 3. Взаимодействие молекулы с экстремально коротким импульсом
3.1. Постановка задачи
3.2. Модель
3.3. Перезаселение колебательно-вращательных состояний
3.4. Диссоциация
Глава 4. Поляризационный отклик молекулы на интенсивное внешнее
воздействие
Заключение
Список литературы
Введение
В настоящее время одним из самых интересных направлений лазерной физики и нелинейной оптики является взаимодействие интенсивных лазерных импульсов с веществом, и, в частности, с квантовыми атомно-молекулярными системами. Для импульсов, полученных экспериментально на титан-сапфировых лазерах с длиной волны 780-800 нм, рекордные значения

интенсивности составляют 1016—- и выше, что оказывается порядка или даже

выше атомных значений поля, при этом длительность импульсов достигает предельных значений в один-два периода поля. Взаимодействие таких импульсов с атомами и молекулами открывает целую область новых неисследованных физических эффектов, которые обусловлены экстремальными характеристиками воздействующего излучения и не могут быть описаны в рамках теоретических подходов, разработанных для не слишком сильных полей с большим количеством оптических циклов. Казалось бы, воздействие мощного лазерного излучения должно привести к ионизации и фрагментации атомномолекулярной системы, поскольку величина воздействующего электрического поля сравнима с напряженностью электростатического взаимодействия электрона с ядром. Однако, для атомных систем известно явление «стабилизации», заключающееся в существенном подавлении процесса ионизации в сильных полях и обусловленное качественной перестройкой собственных состояний атома в присутствии сильного поля. Имеет ли место аналогичный процесс подавления в сильном поле диссоциации и фрагментации молекул, пока остается открытым вопросом.
Короткие длительности лазерного воздействия могут оказывать «шоковое» воздействие на квантовую систему, фактически обусловленное мгновенным экстремально большим значением электрического поля электромагнитной волны. Кроме того, ультракороткие импульсы с длительностью меньше характерных времен каких-либо физических процессов
могут использоваться для анализа и контроля динамики исследуемых процессов и систем с высоким временным и пространственным разрешением. Наибольшую актуальность это имеет для таких практических приложений как исследования колебательно-вращательной динамики молекулярных систем, поскольку характерные времена эволюции колебательно-вращательных степеней свободы на несколько порядков превышают фемтосекундную длительность воздействующих ультракоротких импульсов. Наиболее перспективными представляются схемы типа «ришр-ргоЬе», в которых слабым пробным импульсом исследуется возбуждение и свойства среды, возникающие в результате взаимодействия мощного импульса накачки.
Таким образом, возникает важная и еще нерешенная задача - разработка теоретических подходов для корректного описания взаимодействия таких интенсивных и ультракоротких импульсов с различными квантовыми системами, позволяющих в первую очередь проанализировать именно режим сильного поля и учесть все особенности процесса взаимодействия, обусловленные ультракороткой длительностью воздействия. В этих условия наиболее привлекательными объектами исследования являются молекулярные системы, поскольку их динамика оказывается более богатой за счет наличия не только электронных, но и ядерных колебательно-вращательных степеней свободы. При этом режим прямого возбуждения ядерных степеней свободы в пределах одного электронного терма, который имеет место для гетероядерных молекул в низкочастотных лазерных полях, фактически не исследовался ни экспериментально, ни теоретически. Между тем, в случае воздействия импульсов в инфракрасном диапазоне частот имеет место значительное возбуждение колебательных и вращательных степеней свободы молекулы практически при полном отсутствии ионизации и электронного возбуждения системы, что и обеспечивает важность и актуальность исследований, проводимых в данной работе. С прикладной точки зрения наиболее интересным и перспективным представляется учет взаимовлияния колебательных и вращательных степеней свободы молекулы друг на друга в процессе

П2 д2Ы]

3/ 2// зг
7+1^41 + Р]

К(г) +
/127(7 + 1)Л 2 цг

чЕ(0г{р1+1и]+1 +^’_1му_1) ^+1=-

л/(27Пх27Тз)
#-1 =

^(27-1Х2У + 1)
Как видно из этой записи, связанными оказываются компоненты, соответствующие разным у. Вследствие этого при записи разностной схемы матрица системы уже не будет трёхдиагональной. Поясним на примере расчёта, включающего две сферические гармоники. Система уравнений на радиальные компоненты волновой функции для схемы Кранка—Николсона выглядит тогда следующим образом:

(«,=о)о

(м/=о)к+-
(и/=1)о+
у(“,=о)Г-У
' О Л ^■=о({«"})
^=о(К})*-

Рм{{ип}
^=1({«”})х-

Звёздочками обозначены места, на которых в матрице системы стоят отличные от 0 коэффициенты. Нули в правой части возникают как следствие граничных условий:
|(*7)оп+1=0,
1КГ/-1 =о.