数值求解三维含时Schrodinger方程及其应用

发展了一套高精度、高效率的伪谱方法,以非微扰的方式求解真实原子三维含时Schrodinger方程.该方法选用二阶劈裂算符作为时间演化算子,分别选择能谱表象和坐标表象作为含时波函数演化的两个表象.在坐标表象下波函数的径向部分使用库仑波函数离散变量表象来离散;角向波函数展开在两维的Gauss-Legendre-Fourier格点上.以H原子的光激发和光电离过程为例,进行了数值计算并和解析解进行了比对.结果表明二者符合很好.该方法很好地处理了库仑奇点问题.还计算了强激光辐照H原子的多光子电离过程,并和其他的数值方案进行了比较.结果表明,在计算收敛的前提下本方法计算效率更高.

Abstract：

We present an accurate and effective pseudospectral method for solving the three-dimensional time-dependent Schrodinger equation involving the Coulomb potential. In this method, the Hamiltonian is evaluated by exploiting the two representations of the wave function. One is a grid representation, in which the angular dependence of the wave function is expanded in a two-dimensional Gauss-Legendre-Fourier grid in the coordinate space of polar and azimuthal angles. The radial coordinate is discretized using a discrete variable representation constructed from the Coulomb wave function (CWDVR) . The other is a spectral representation, in which the wave function is expanded in a set of square integrable functions chosen as the eigenfunctions of a zero-order Hamiltonian. The time of propagation of the wave function is calculated using the well-known second-order split-operator method implemented through the transform between the grid and spectral representations. Calculations on the photo-absorption strength of hydrogen atom are presented to demonstrate the accuracy of present method in low energy limit by the time-dependent wave-packet propagation method. As another example, the present method is applied to multiphoton ionization of H atom. For a wide range of field parameters, ionization rates calculated using the present method are in excellent agreement with those from other accurate numerical calculations. The new algorithm will be found more efficient than the close coupled wave packet method using CWDVR and/or methods based on evenly spaced grids.     

应用辛格式求解一维定态Schr?dinger方程

将一维定态Schrdinger方程转化为等价的哈密顿正则方程,并采用辛 格式计算了7Li2分子的振动能级。     

基于图形处理器加速数值求解三维含时薛定谔方程

量子力学领域中对强激光场与原子分子相互作用的理论研究非常依赖于数值求解含时薛定谔方程.本文在强场电离的背景下并行求解氢原子的三维含时薛定谔方程.基于球极坐标系,采用分裂算符-傅里叶变换方法将含时薛定谔方程进行了离散化.由此可得到长度规范下的光电子连续态波函数.图形处理器(GPU)可以依托多线程结构充分发挥细粒度并行的优势,实现整体算法的并行加速.计算表明,相对于中央处理器(CPU), GPU并行计算有着最高约60倍的加速比.由此可见,基于GPU加速数值求解三维含时薛定谔方程能够显著缩短计算耗费的时间.这一工作对利用GPU快速求解三维含时薛定谔方程有着重要的指导意义.     

Hylleraas-Breit变换在类氦离子Schr(o)dinger方程中的应用

给出了Hylleraas-Breit变换(HBT)的具体形式,并用之将类氦离子不动核问题的六维Schrdinger方程化为三维的形式.给出了求解类氦离子任一能量定态问题的三维能量方程或方程组以及对应的变分形式.     

双环形Coulomb势Schr?dinger方程束缚态的精确解

双环形Coulomb势是指在氢原子势外面再加上一个双环形平方反比势,该模型势是在讨论类似于苯环分子结构的基础上提出的,该模型势在分子和原子物理中有着广泛的应用.本文研究了双环形Coulomb势Schr(o)dinger方程的束缚态精确解, 所采用的方法是首先对双环形Coulomb势的Schr(o)dinger方程在球坐标系中进行分离变量,得到相应的角向方程和径向方程;证明双环形 Coulomb势在角向和径向具有超对称性和形不变性;根据超对称性和形不变性的性质,获得了角动量量子化条件和束缚态的能谱方程,并将归一化角向波函数用Jacobi多项式表示,将归一化径向波函数用Laguerre多项式函数表示.体系的波函数和束缚态能谱性质由三个量子数n、m和s及势参数α,a和 b 描述.本文说明量子物理中一些具有对称性的非中心势有精确解,用超对称性和形不变性方法还可以讨论其他形式的非中心势.     

应用辛格式求解一维定态Schrdinger方程

将一维定态Schr dinger方程转化为等价的哈密顿正则方程 ,并采用辛格式计算了7Li2 分子的振动能级     

再谈含时Schrdinger方程的求解方法

介绍了线性耦合含时量子系统厄米不变量算符的构造方法，并运用Ｌｅｗｉｓ－Ｒｉｅｓｅｎｆｅｌｄ量子不变量理论得到了一些含时薛定谔方程的精确解．同时也给出了系统时间演化算符的构造方法     

应用辛格式求解一维定态Schr(o)dinger方程

将一维定态Schr(o)dinger方程转化为等价的哈密顿正则方程,并采用辛格式计算了7Li2分子的振动能级.     

三维非线性Schr(o)dinger方程的直接微扰方法

将直接微扰方法应用于含微扰的三维非线性Schrodinger方程,获得了该方程的包括零阶和一阶修正的近似解析解.借助得到的解析解,分析了微扰对孤子参数的影响.     

含时微扰Schr(o)dinger方程的精确求解与量子跃迁

在有关量子跃迁的问题中,含时微扰理论给出了跃迁概率振幅的一级近似解．本文通过计算指出,若微扰只与时间有关,则体系的波函数可以精确求解,从而得到跃迁概率振幅的精确表达式。     

从Schrdinger方程引申到Dirac方程的一种简单方法

从Schrdinger方程出发,结合自旋的唯象描述、简单的相对论考虑和适当的猜测,写出了Dirac方程的正确形式.     

指数型变化有效质量的三维Schrdinger方程的解析解

对随径向坐标指数型变化的有效质量分布,通过坐标变换,得到了与Coulomb型势,Kratzer型势和无限深球方势阱三类势函数相联系的变质量三维Schr dinger方程的解析解,具体给出了这三类系统的能量本征值和本征函数的解析表达式.     

立方非线性Schr?dinger方程的Weierstrass椭圆函数周期解

利用Weierstrass椭圆函数展开法对非线性光学、等离子体物理等许多系统中出现的立方非线性 Schr(o)dinger方程进行了研究.首先通过行波变换将方程化为一个常微分方程,再利用Weierstrass椭圆函数展开法思想将其化为一组超定代数方程组,通过解超定方程组,求得了含Weierstrass椭圆函数的周期解,以及对应的Jacobi椭圆函数解和极限情况下退化的孤波解.该方法有以下两个特点:一是可以借助数学软件Mathematica自动地完成;二是可以用于求解其它的非线性演化方程(方程组).     

高阶Schrdinger方程的高精度辛格式

提出由第三类生成函数法构造高阶Schr dinger方程ut=i(-1)m2mux2m的高精度辛格式.首先,给出它的典则Hamilton方程组;然后,成功地克服了本质上是困难的高阶变分导数的计算,并利用第三类生成函数法得到在时间方向具有任意阶精度的半离散方程,进而得到原始方程相关的修正方程的离散形式,最后得到各种精度的辛格式.数值结果表明该格式是有效的,具有高精度及良好的长时间数值行为等特性.     

非线性Schrdinger方程的直接间断Galerkin方法

讨论一维和二维非线性Schrdinger(NLS)方程的数值求解.基于扩散广义黎曼问题的数值流量,构造一种直接间断Galerkin方法(DDG)求解非线性Schrdinger方程.证明该方法L2稳定性,并说明DDG格式是一种守恒的数值格式.对一维NLS方程的计算表明,DDG格式能够模拟各种孤立子形态,而且可以保持长时间的高精度.二维NLS方程的数值结果显示该方法的高精度和捕捉大梯度的能力.     

变系数非线性Schrdinger方程的孤子解及其相互作用

在光孤子通信和Bose-Einstein凝聚体动力学研究中,求解广义非线性Schrdinger方程是一个重要的研究方向.稳定的孤子模式具有潜在的应用,可为实验技术的实现提供依据.本文引进一种相似变换,将变系数非线性Schrdinger方程转化成非线性Schrdinger方程,并利用已知解深入研究变系数非线性Schrdinger方程解的单孤子解、两孤子解和连续波背景下的孤子解.同时通过选择不同的具体参数,给出它们的图像分析和相应的讨论.     

一维含时薛定谔方程的数值求解及其在强场高次谐波中的应用

通过数值求解一维含时薛定谔方程，得到了不同强度激光作用下原子的电离概率和谐波辐射谱．讨论了原子的电离与谐波辐射之间的竞争与联系，并且指出在某一强度范围内原子呈现出电离稳定性或电离抑制现象，在这个强度范围内非常有利于原子的谐波辐射 关键词：     

一维Schrdinger方程在Coulomb型势中的束缚态精确解

利用级数解法求出了一维Schr dinger方程在势 -Ze2 x中的束缚态波函数和能级 .结果发现 ,其能级与1 n2 (n =1 ,2 ,3,… )成正比 ,束缚态波函数在原点的值为零 .分析了上述结论与关于势 -Ze2 x的能级与 1 (n +12 ) 2 (n为整数 )成正比的结论不相同的原因 .     

光纤中变系数非线性Schrdinger方程的孤子解及其应用

基于推广的立方非线性Klein_Gordon方程对一般形式的变系数非线性Schrdinger方程进行研究,讨论了无啁啾情形的孤子解,发现了包括亮、暗孤子解和类孤子解在内的一些新的精确解.同时对基本孤子的色散控制方法进行了简单讨论.作为特例,常系数非线性Schrdinger方程和两类特殊的变系数非线性Schrdinger方程的结果和已知的形式一致.此外,还研究了一个周期增益或损耗的光纤系统,得到了有意义的结果.     

从Schr(o)dinger方程引申到Dirac方程的一种简单方法

从Schr(o)dinger方程出发,结合自旋的唯象描述、简单的相对论考虑和适当的猜测,写出了Dirac方程的正确形式.