Лазерное управление вращательной динамикой двухатомных молекул

• Автор: Молоденский, Михаил Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 89 с. : ил.

Глава
Вращательная динамика молекул (литературный обзор)
Глава
Выстраивание молекул в сильном лазерном поле
2.1 Численная модель
2.2 Вращательная динамика первоначально делокализованных пакетов в лазерных импульсах
2.3 Влияние температуры на ориентирование молекул
2.4 Сравнительный анализ альтернативных подходов к проблеме вращательной динамики
Глава
Сравнение квантовой и классической картины вращения молскул
3.1 Свободное расплывание волнового пакета, локализованного в узкой волновой области
3.2 Вращательная динамика локализованного волнового пакета в поле
3.3 Подбор начальных условий задачи
3.4 Зависимость от времени средних величин
3.5 Тяжелые молекулы
3.6 Туннельный разворот молекулы

Глава
Молекулярный ансамбль. Роль теплового движения и межмолекулярных столкновений в процессе выстраивания молекул под действием лазерного импульса
4.1 Численная модель, уравнение Неймана, подход с использованием матрицы плотности
4.2 Ансамбль молекул в классическом представлении
4.3 Сравнение результатов квантовой и классической модели ансамбля
4.4 Влияние релаксационных процессов на вращательную динамику молекул
4.5 Случай ультракороткого импульса
4.6 Применимость классической модели к описанию вращательной динамики молекулярного ансамбля
Заключение
Список литературы

Актуальность
Одним из наиболее интересных и быстроразвивающихся направлений лазерной физики является исследование взаимодействия интенсивного лазерного излучения с атомными и молекулярными системами. Прогресс в технике генерации мощного лазерного излучения позволяет получать в настоящее время импульсы длительностью в несколько оптических циклов и ин тенсивностью вплоть до 1О20-1О22 Вт/см2. В таких сильных нолях атомные и молекулярные системы проявляют новые свойства, а их динамика существенным образом отличается от традиционных представлений. Еще одной принципиальной особенностью таких предельно коротких импульсов является существенно неадиабатический характер их воздействия на исследуемую систему, что обуславливает специфику возникающего отклика.
В случае взаимодействия молекул с интенсивными ультракороткими лазерными импульсами происходит сильная перестройка не только электронных состояний, но и всей ядерной подсистемы молекулы. Существует устоявшееся мнение, что электронные степени свободы в поле заселяются гораздо быстрее, чем ядерные. Поэтому часто в теоретических исследованиях ядерные степени свободы считают «замороженными». Однако оказалось, что в сильном поле это не так. Экспериментальные [1-5] и теоретические [6-16] исследования показали, что вращение молекул в таких процессах является существенным и приводит к выстраиванию молекул вдоль или поперёк направления электрического поля. В работе [16] было продемонстрировано, что в поле излучения титан - сапфирового лазера с интенсивностью менее 1014 Вт/см2 процесс выстраивания может происходить в условиях пренебрежимо малого возбуждения как электронных, так и колебательных состояний молекулы. При этом в поле могут заселиться около 10-15 вращательных подуровней. Следовательно, эффективная вращательная динамика может не сопровождаться диссоциацией и ионизацией.
Заселение большого числа вращательных состояний приводит к возникновению некоторого углового распределения для ориентации молекулярной оси. В квантовомеханическом рассмотрении, этой ситуации соответствует волновой пакет, который может иметь различную форму и ширину. Свободная эволюция такого

Из приведённого рисунка видно, что для таких специально подобранных начальных условий молекула Н2+ будет совершать «вращательные колебания» в поле лазерного импульса, похожие на классические, в течение нескольких сот фемтосекунд. Если посмотреть на сечение в момент окончания импульса (720 фс), представленное на рис. 156, видно, что волновой пакет слабо изменяет свою форму и похож на пакет в начальный момент времени рис. 15а.
РАО>*)
О, рад

О, рад
Рис. 15. Ядерная плотность вероятности как функция угла в начальный момент времени - а) и в момент окончания лазерного импульса - б).