《強(qiáng)場超快光學(xué)》是以《超強(qiáng)超短激光秒沖與物質(zhì)相互作用專題》課程為基礎(chǔ),專門介紹強(qiáng)場超快過程,特別是強(qiáng)場電離、高次諧波發(fā)射及阿秒脈沖產(chǎn)生的課程, 也是物理學(xué)專業(yè)研究生的學(xué)位課。本課程概述了強(qiáng)場電離、高次諧波發(fā)射及阿秒脈沖產(chǎn)生的研究歷程,并結(jié)合近幾年我們研究團(tuán)隊(duì)所做的工作,介紹了強(qiáng)場原子非次序雙電離、強(qiáng)場分子非次序雙電離、強(qiáng)場分子非次序三電離及強(qiáng)場受挫雙電離的理論工作,同時(shí)也詳細(xì)的介紹了我們產(chǎn)生阿秒脈沖的實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果。通過系統(tǒng)地學(xué)習(xí)該課程,使學(xué)生在原子分子層面深刻理解強(qiáng)場超快過程,進(jìn)而提升學(xué)生在理論分析、程序設(shè)計(jì)、數(shù)值計(jì)算、圖像處理等方面的能力。
(1)針對性強(qiáng),該教材與同類教材相比具有很強(qiáng)的針對性。如《強(qiáng)激光中的原子、分子與團(tuán)簇》是重點(diǎn)介紹半經(jīng)典模型下強(qiáng)場原子電離及高次諧波發(fā)射過程,然后推廣到更復(fù)雜的體系分子乃至團(tuán)簇;該《強(qiáng)場超快光學(xué)》教材則是基于經(jīng)典力學(xué)方法,闡述該方法的基本概念、理論和方法,重點(diǎn)介紹經(jīng)典方法下強(qiáng)場超快電子動(dòng)力學(xué)特性。(2)適用性強(qiáng),《強(qiáng)場超快光學(xué)》從*初的《激光物理》到《超強(qiáng)超低激光脈沖與物質(zhì)相互作用》已歷經(jīng)數(shù)十年教學(xué)實(shí)踐,目前已經(jīng)過項(xiàng)目組成員多次修訂,在概念的闡述、原理的論證、公式的推導(dǎo)、數(shù)據(jù)與圖表的引用等方面基本上做到了準(zhǔn)確無誤;教材結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、合理、完整,文字準(zhǔn)確、流暢,符合規(guī)范化要求,插圖正確、文圖配合恰當(dāng);注重理論聯(lián)系實(shí)際,教材中所介紹的研究成果均給出了詳細(xì)的研究方法,便于學(xué)生自學(xué)和理解、掌握與應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。該教材既努力反映現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新成就,將新的分析計(jì)算方法和新的研究成果引入到教材中,又考慮到教材的內(nèi)容能與我國強(qiáng)場領(lǐng)域的發(fā)展相適應(yīng),后續(xù)將通過修訂和改變不斷得到更新和完善。 (3)落實(shí)立德樹人根本任務(wù),融入課程思政元素。該教材緊密圍繞立德樹人根本任務(wù),在選材方面注重知識(shí)傳授、價(jià)值觀塑造和能力培養(yǎng)的多元統(tǒng)一,自然地融入課程思政元素。單元主題涉及強(qiáng)場物理的多個(gè)方面,讓學(xué)生通過學(xué)習(xí),達(dá)到開闊視野,提高專業(yè)素養(yǎng)。教材中介紹的代表性科研成果大多是國內(nèi)杰出專家所做,這有助于提升學(xué)生民族自豪感,體現(xiàn)文化自信。
人們每天都會(huì)接觸到光,光是人類生活中必不可少的一部分。人們研究光學(xué)已經(jīng)持續(xù)了幾千年,并且還在不斷地研究。光學(xué)是研究光的傳播及其與物質(zhì)相互作用的學(xué)科,在早期的光學(xué)研究中,人們主要以反射定律和折射定律為基礎(chǔ)開展幾何光學(xué)研究。在現(xiàn)代光學(xué)研究中,人們主要研究出現(xiàn)激光之后的光學(xué)新進(jìn)展。激光科學(xué)發(fā)軔于1917年A.Einstein 提出的受激輻射概念,融匯了量子理論、無線電電子學(xué)、微波波譜學(xué)和固體物理學(xué)。在歷經(jīng)了眾多科學(xué)家的長期研究之后,T.Maiman在1960年終于制造出了人類史上的第一臺(tái)激光器。此后,隨著調(diào)Q技術(shù)、鎖模技術(shù)以及啁啾脈沖放大技術(shù)等的發(fā)展,激光技術(shù)實(shí)現(xiàn)了突飛猛進(jìn)的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。激光脈沖的脈寬逐漸從*初的百微秒發(fā)展到了納秒、皮秒,甚至飛秒,強(qiáng)場超快光學(xué)儼然成為現(xiàn)代物理學(xué)的一個(gè)璀璨成果。本書較全面地介紹強(qiáng)場超快光學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)和*新進(jìn)展,以及編者在該領(lǐng)域從事的課題研究和主要成果。各章的主要內(nèi)容如下:第1章系統(tǒng)地介紹強(qiáng)場超快現(xiàn)象和物理過程,從單電離到非次序雙電離和受挫雙電離;第2章主要介紹強(qiáng)場電離過程的理論模型;第3章和第4章分別介紹強(qiáng)激光場中原子和分子的非次序雙電離;第5章介紹三電離及動(dòng)力學(xué)過程;第6章主要介紹強(qiáng)激光場中受挫雙電離;第7章介紹高次諧波和阿秒脈沖的產(chǎn)生;第8章介紹高次諧波在超快探測領(lǐng)域的應(yīng)用。本書可作為物理學(xué)、光學(xué)工程、電子科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)研究生的教材,亦可作為相關(guān)專業(yè)科研人員的參考書。本書出版受到河南省研究生教育改革與質(zhì)量提升工程項(xiàng)目(No.YJS2023JC27)的資助。本書編寫工作的具體分工如下:李盈儐負(fù)責(zé)第1章至第4章,陳紅梅負(fù)責(zé)第5章和第6章,翟春洋負(fù)責(zé)第7章和第8章,余本海負(fù)責(zé)全書的統(tǒng)稿。由于編者水平有限,書中難免存在錯(cuò)誤和不足之處,望各位讀者不吝賜教。編者2023年6月
李盈儐,理學(xué)博士,碩士生導(dǎo)師,信陽師范大學(xué)物理電子工程學(xué)院副教授。2010年7月于信陽師范大學(xué)獲得理學(xué)學(xué)士,同年9月于本校攻讀碩士學(xué)位,師從余本海教授。2011年9至2013年5月在華中科技大學(xué)超快光學(xué)實(shí)驗(yàn)室交流學(xué)習(xí),合作導(dǎo)師為長江學(xué)者、國家杰青陸培祥教授。2014年9月考入南京大學(xué)攻讀博士學(xué)位,師從著名的團(tuán)簇物理學(xué)專家王廣厚院士以及*新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃獲得者萬建國教授。主要從事強(qiáng)激光脈沖驅(qū)動(dòng)的原子分子電離特性及超快電子動(dòng)力學(xué)理論研究。在光學(xué)及原子分子物理領(lǐng)域主流期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇。承擔(dān)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目5項(xiàng)、河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目計(jì)劃1項(xiàng),獲得信陽師范大學(xué)南湖學(xué)者青年項(xiàng)目支持。指導(dǎo)的碩士研究生1人獲得國家獎(jiǎng)學(xué)金、1人獲得河南省優(yōu)秀碩士學(xué)位論文。
1緒論(1)
1.1強(qiáng)激光場中原子、分子單電離的物理過程(1)
1.2強(qiáng)激光場中原子、分子非次序雙電離(6)
1.3強(qiáng)激光驅(qū)動(dòng)的受挫雙電離(21)
參考文獻(xiàn)(22)
2強(qiáng)場原子、分子非次序雙電離的理論模型(33)
2.1量子求解含時(shí)薛定諤方程的數(shù)值方法(33)
2.2基于強(qiáng)場近似的S矩陣?yán)碚撃P?35)
2.3基于遂穿電離的半經(jīng)典理論模型(38)
2.4全經(jīng)典系綜理論模型(39)
參考文獻(xiàn)(41)
3強(qiáng)激光場中原子非次序雙電離(45)
3.1中紅外激光脈沖驅(qū)動(dòng)的原子非次序雙電離(45)
3.2橢圓偏振激光場中原子非次序雙電離(65)
3.3正交雙色場驅(qū)動(dòng)的原子非次序雙電離(76)
參考文獻(xiàn)(81)
4強(qiáng)激光場中分子非次序雙電離(88)
4.1中紅外激光場中分子非次序雙電離關(guān)聯(lián)電子動(dòng)力學(xué)(88)
4.2周期量級(jí)激光脈沖驅(qū)動(dòng)的分子非次序雙電離(102)
參考文獻(xiàn)(113)
5中紅外激光驅(qū)動(dòng)的原子非次序三電離關(guān)聯(lián)電子動(dòng)力學(xué)(119)
5.1強(qiáng)場原子三電離理論模型(119)
5.2正三價(jià)離子縱向動(dòng)量分布和關(guān)聯(lián)電子動(dòng)力學(xué)(122)
5.3關(guān)聯(lián)電子動(dòng)力學(xué)的激光強(qiáng)度依賴(125)
參考文獻(xiàn)(129)
6強(qiáng)激光場中的原子受挫雙電離(133)
6.1線偏振激光場中的原子受挫雙電離(133)
6.2正交雙色場操控下原子受挫雙電離研究(141)
參考文獻(xiàn)(147)
7高次諧波和阿秒激光的產(chǎn)生(151)
7.1激光技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用(152)
7.2高次諧波產(chǎn)生的理論模型(159)
7.3阿秒激光的產(chǎn)生(162)
參考文獻(xiàn)(164)
8高次諧波的探測與應(yīng)用(172)
8.1高次諧波產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)裝置(172)
8.2高次諧波的實(shí)驗(yàn)探測裝置(174)
8.3高次諧波在探測分子結(jié)構(gòu)過程中的應(yīng)用(175)
8.4高次諧波在產(chǎn)生圓偏振阿秒激光光源中的應(yīng)用(200)
參考文獻(xiàn)(210)強(qiáng)場超快光學(xué)目錄