Взаимодействие лазерного излучения с двухатомными молекулами и молекулярными ионами

• Автор: Сухарев, Максим Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 87 с. : ил.

Оглавление
ОГЛАВЛЕНИЕ
ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 2. ФАКТОРЫ ФРАНКА - КОНДОНА ДЛЯ ИОНИЗАЦИИ МОЛЕКУЛ Л, И й2 ВО ВНЕШНЕМ ПОЛЕ
ГЛАВА 3. ДИНАМИКА РАСПАДА МОЛЕКУЛЯРНОГО ИОНА ВОДОРОДА ВО ВНЕШНЕМ ЛАЗЕРНОМ ПОЛЕ
3.1. Электронная динамика в процессе распада молекулярного иона водорода во внешнем лазерном поле
3.2. Эффективный диссоциативный потенциал для ядерной подсистемы с учетом электронной локализации во внешнем поле. Діссоцнацня
ГЛАВА 4. КЛАССИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ОРИЕНТАЦИИ И ВЫСТРАИВАНИЯ МОЛЕКУЛ
И МОЛЕКУЛЯРНЫХ ИОНОВ ВО ВНЕШНЕМ ПОЛЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
4.1. Роль температуры в процессе ориентации молекул
4. 2. Поляризуемость молекул
4.3. Классическая ориентация двухатомных молекул в переменном электрическом поле большой длительности
4.4. Классическая ориентация и диссоциация двухатомных молекул и молекулярных ионов в поле короткого лазерного импульса
4.5. Классическая ориентация и диссоциация двухатомных молекул и молекулярных ионов в поле длинного лазерного импульса
ГЛАВА 5. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ОРИЕНТАЦИИ И ВЫСТРАИВАНИЯ МОЛЕКУЛ ВО ВНЕШНЕМ ЛАЗЕРНОМ ПОЛЕ
5. 1. Квантовая теория ориентации двухатомных молекул в длинном лазерном импульсе.

5. 2. Квантовая теория ориентации двухатомных молекул в коротком лазерном импульсе.

5.3. Численный расчет ориентации молекул во внешнем лазерном поле произвольной длительности
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ АВТОРА

Глава 1. Введение.
Как квантовый объект молекула много сложнее атома. Поэтому взаимодействие лазерного излучения с молекулами гораздо более многообразно. И дело не только в том, что молекула имеет больше электронов и не имеет той центральной симметрии, которой обладают атомы. Молекула в дополнение к электронным степеням свободы обладает принципиально иными степенями свободы - колебательными (ядерное движение) и вращательными, существенно усложняющими ее энергетический спектр. Именно взаимодействие такой сложной системы с лазерным излучением дает нам необходимую информацию о внутреннем строении молекул. Электрические свойства молекул являются важными характеристиками строения вещества. Изучение электрических свойств позволяет установить закономерности, связывающие эти свойства со строением молекул. Знание электрических свойств необходимо для понимания явлений происходящих при помещении молекул во внешнее электрическое поле, и при изучении межмолекулярного взаимодействия.
В 1964 г. в работах [1, 2] впервые была теоретически рассмотрена возможность многофотонного возбуждения колебаний и диссоциации молекул. Эти работы положили начало изучению многофотонных процессов в молекулах, которое сегодня представляет собой широкую и быстро развивающуюся область физики взаимодействия лазерного излучения с веществом. Экспериментально взаимодействие молекул с лазерным излучением впервые исследовалось в работе [3], в которой изучался процесс распада молекулы водорода в поле рубинового лазера. Авторами работы были зарегистрированы не только положительные однократно заряженные молекулярные ионы водорода, но и ионы атома водорода, что указало не только на процесс ионизации, а и на процесс диссоциации полученного молекулярного иона водорода или на процесс диссоциации нейтральных молекул с последующей ионизацией образовавшихся атомов.
После появления выше названных работ началось интенсивное исследование этой области как теоретическими, так и экспериментальными методами. В силу сложности самих молекул теоретические методы большей частью относятся к численному моделированию процессов распада молекул во внешнем поле (см., например, [4, 5, 29 - 32, 34]). Однако, удалось выявить

качественные особенности распада молекул на примере двухатомных молекул водорода и дейтерия [6]. Именно двухатомная молекула водорода уже многие годы привлекает внимание экспериментаторов и теоретиков, так как она является самой простой среди молекул и более сложной по выше указанным причинам, чем относительно хорошо изученные атомы. Качественно новые физические явления как правило проявляются именно в таких ситемах, которые стоят на ступень выше по сложности, чем изученные, но являются самыми простыми среди более сложных систем.
Как в выше перечисленных работах, так и в данной работе процесс взаимодействия лазерного излучения с молекулами рассматривается в рамках пренебрежения межмолекулярным взаимодействием, т. е. молекулярная среда считается достаточно разреженной. Кроме того, внешнее электрическое поле предполагается классическим; на протяжении всей работы внешнее лазерное поле считается линейно поляризованным.
Весь процесс распада двухатомных молекул во внешнем поле можно разделить на две ступени. А именно, если речь идет о неполярных молекулах, то такими ступенями будут первичная ионизация нейтральной молекулы и последующий распад молекулярного иона. Динамика распада полярных молекул усложняется в связи с тем, что, в отличие от неполярных, первым разрешен процесс диссоциации (более подробно см. Главу 2). На сегодняшний день уже в целом ясна картина распада двухатомных молекул во внешнем электрическом поле, на эту тему написано большое количество обзоров и книг (см., например, [7]), в которых суммируется современное положение в этой области науки. Как уже говорилось выше, первым актом взаимодействия неполярной двухатомной молекулы с электрическим полем является первичная ионизация. Именно с этого момента начинает развиваться дальнейший процесс распада молекул. В динамике распада двухатомных молекул во внешнем поле немаловажную роль играет так называемая электронная локализация (см. подробнее Главу 3). Впервые модель локализации валентного электрона около одного из ядер в молекулярном ионе водорода бьша предложена в работе [8]. Последующая динамика распада молекулярного иона заключается в неадиабатических электронных переходах между основным и первым возбужденным термами и вторичной ионизации. Затем молекулярный ион распадается из-за кулоновского отталкивания ядер (кулоновский взрыв). Попытка описать движение ядер (диссоциация) в

0.50 1.08 1.67 2.25 2.83 3

Распределения протонов Н (Я) (в отн. единицах) для распада двухатомной молекулы водорода (а) и распределения дейтонов (в отн. единицах) для
распада двухатомной молекулы дейтерия (б) как функции энергии Е продуктов распада (в эВ) для тех же параметров лазерного излучения, что и на Рис. 12.