Фемтосекундная спектроскопия двухатомных молекул : Теория и численное моделирование

• Автор: Ветчинкин, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 108 с. : ил.

Содержание
0 Введение
1 Динамика гауссовых волновых пакетов в ангармонических системах
1.1 Молекулярная динамика и волновые пакеты
1.2 Автокорреляционная функция (АКФ)
1.3 Модель для потенциала Морзе
1.4 Динамика АКФ для молекулы /2
1.5 Модель АКФ для потенциала с неквадратичным спектром
1.6 Динамика АКФ для N2
2 Численное моделирование классического фемтосекундного эксперимента
2.1 Фемтосекундная спектроскопия временного разрешения
2.2 Динамика внутримолекулярного движения в молекуле Д: фемтосекундные методы исследования и контроля
2.3 Фемтосекундный импульс в эксперименте «накачка-зондирование», временной и спектральный чирпы
2.4 Вывод функции отклика в классическом эксперименте «накачка-зондирование»
2.5 Численное моделирование
2.6 Обсуждение и сравнение результатов
3 Динамический эффект Керра
3.1 Поворот плоскости поляризации
3.2 Схема двухимпульсного эксперимента
3.3 Вывод формул двухимпульсного эксперимента ДЭК
3.4 Обсуждение результатов для двухимпульсного ДЭК
3.5 Схема одноимпульсного эксперимента ДЭК

3.6 Основные формулы одноимпульсного фемтосекундного эксперимента ДЭК
3.7 Поляризация одноимпульсного эксперимента ДЭК
3.8 Обсуждение результатов для одноимпульсного ДЭК
3.9 Сравнение двухимпульсного и одноимпульсного ДЭК с классическим ритр-ргоЬе фемтосекундным экспериментом
4 Основные результаты и выводы
5 Литература

Введение
За последние пятнадцать лет, благодаря прогрессу лазерной спектроскопии, стало возможным получение сверхкоротких лазерных импульсов длительностью до 10 фемтосекунд (фемтоимпульсов), что меньше характерного периода тепловых колебаний молекул. Это дает возможность вмешательства в динамические процессы передачи возбуждения, тушения флюоресценции и диссоциации молекул, а в перспективе - возможность управления ходом химических реакций. Но для осуществления этого необходимо детальное знание динамики молекулярной системы, самого хода процессов накачки и релаксации. При высокой стоимости экспериментов фемтохимии и нетривиальности объяснения получаемых результатов необходимо опережающее развитие теории элементарных фемтохимических процессов, взаимодействия молекул с фемтоимпульсами. Задачи теории ставятся в трех направлениях:
1. определения оптимальных схемы и параметров экспериментов лазерной фемтохимии;
2. интерпретация полученных результатов;
3. прогнозирование процессов молекулярной динамики для опре-жающего управления ими.
Для решения этих задач необходима выработка как наглядных теоретических моделей, качественно объясняющих эволюцию возбужденных состояний молекулы, так и развитие базовой (ab initio) теории, позволяющую получать количественные совпадения теории и эксперимента. В задачи теории входит также изучение путей использования дополнительных нелинейных эффектов в уже известных методиках, и — предложение новых схем экспериментов.
В настоящей диссертации проводятся исследования по всем вышеперечисленным задачам теоретической фемтохимии.

В уравнениях 2.22 - 2.24 нет членов, отвечающих за прямые переходы между различными колебательно-вращательными состояниями, принадлежащими одному электронному терму, а также для прямых переходов между электронными состояниями |0) и |2). Это обусловлено правилами отбора при дипольных переходах для гомоядерных двухатомных молекул.
Как отмечено выше, регистрируемый сигнал в эксперименте «накачка-зондирование» пропорционален полной населенности P2(t) электронного состояния |2). Если молекула до прохода возбуждающих лазерных импульсов находилась в состоянии |0, v,j,rn), то после их прохождения полная населенность состояния |2) будет
P2(v,j,m-,T)= Y, c(v2,j2,m2-,v,j,m;oo)2. (2.26)
V2,32,m2
В соответствии с предположением 7 на с. 32 молекула в основном электронном состоянии |0) имеет больцмановское распределение населенностей колебательно-вращательных состояний. При строгом рассмотрении в гомоядерной молекуле /2 полный ядерный спин может принимать значения от 0 до 5, и вариации, вызванные изменением полного ядерного спина должны рассматриваться отдельно. Но, поскольку соответствующие вращательные частоты малы по сравнению с обратной длительностью фемтосекундных лазерных импульсов, этим эффектом можно при рассматриваемых условиях пренебречь. Следовательно, больцмановс-кая функция распределения pB{v,j) для основного электронного состояния может быть представлена в виде
л / , л _ (2J + 1) ехр[-£0(v,j)/kBT]
PBVij) , (2.27)
,vib WO,rot
где Qd-nit, и Q[),rot — колебательные и вращательные статсуммы для молекулы 12 в основном электронном состоянии |0). Тогда, усредняя (2.26), получаем для полной населенности электронного состояния |2)
ад=Е“ГГГ £ ). (2.28)
v,j J rn~—j