超强飞秒激光脉冲作用下氢分子的高次谐波行为——基于含时密度泛函理论的模拟

在含时密度泛函理论框架下,采用经典和量子相结合的模型,模拟了氢分子在超强飞秒激光脉冲作用下的高次谐波行为. 结果表明氢分子的高次谐波谱具有“下降—平台—截止”的结构和偶次谐波被禁闭仅出现奇次谐波的选择性特征;不同的激光偏振方向会导致高次谐波的截止频率和谱线强度的变化. 关键词： TDDFT 超强飞秒激光 高次谐波 2分子')" href="#">H₂分子     

脉冲激光偏振方向对氮分子高次谐波的影响－－基于含时密度泛函理论的模拟

采用含时密度泛函方法，结合赝势模型和电子交换相关作用的广义梯度近似，模拟了氮分子在超强飞秒激光脉冲作用下的高次谐波产生现象，并研究了激光脉冲偏振方向对氮分子高次谐波的影响.结果表明氮分子的高次谐波谱具有典型原子谐波谱的特征；谐波谱强度随着θ(激光偏振方向与分子轴向夹角)的增大而减小.这与J.Itatanl在Nature上报道的实验结果基本一致. 关键词： 含时密度泛函理论 激光偏振方向 高次谐波 氮分子     

基态分子波函数对N2分子在强激光场中产生高次谐波的影响

在强场近似下,利用简单的近似波函数作为分子基态最高占据轨道的波函数,研究了N₂分子在强激光场中产生高次谐波的特性,并将结果与用精确的分子波函数作为基态波函数得到的结果进行了比较.结果表明,采用这两种不同的分子基态波函数得到的高次谐波在分子轴与激光偏振方向间的夹角较小时符合得很好,而在夹角较大的情况下,两者的结果差异较大.通过分析不同波函数所给出的电子密度分布,给出了产生这种差异的原因. 关键词： 强激光场 强场近似 分子的高次谐波     

脉冲激光偏振方向对氮分子高次谐波的影响——基于含时密度泛函理论的模拟

采用含时密度泛函方法,结合赝势模型和电子交换相关作用的广义梯度近似,模拟了氮分子在超强飞秒激光脉冲作用下的高次谐波产生现象,并研究了激光脉冲偏振方向对氮分子高次谐波的影响.结果表明氮分子的高次谐波谱具有典型原子谐波谱的特征;谐波谱强度随着θ(激光偏振方向与分子轴向夹角)的增大而减小.这与J.Itatanl在Nature上报道的实验结果基本一致.     

对称分子H2+在强短波激光场中高次谐波椭偏率性质的研究

通过数值计算,研究了强短波(400—600 nm)激光场中H₂⁺分子高次谐波辐射的椭偏率性质.研究表明,H₂⁺分子在不同激光强度、不同激光波长、不同核间距及不同取向角下高次谐波的椭偏率性质是不同的;特别是在两中心干涉区,激发态在高次谐波产生中起着重要作用,但在不同取向角下,激发态对谐波椭偏率的影响不同;分析表明,这些不同的影响源于沿平行和垂直于激光偏振方向辐射的高次谐波的相对产量,以及激发态对平行和垂直谐波产量的影响;此外,椭偏率的测量检验了强场近似和平面波近似在强短波激光场中是成立的,并对强短波激光场中分子动力学做了更充分的研究.     

脉冲激光偏振方向对氧分子高次谐波的影响——基于含时密度泛函理论的模拟

采用含时密度泛函方法,结合赝势模型和电子交换相关作用的广义梯度近似,模拟了氧分子在超强飞秒激光脉冲作用下的高次谐波产生现象,并研究了激光脉冲偏振方向对氧分子高次谐波的影响.结果表明氧分子的高次谐波谱具有典型原子谐波谱的特征;当θ=45°(激光偏振方向与分子轴向夹角)时,谐波谱强度最大.这与文献报道的实验结果基本一致.     

椭圆偏振强激光场中准直的乙炔分子的高次谐波发射（英文）

本文利用自制的高次谐波光谱仪,实验研究了35-f800-nm强激光场诱导的准直的乙炔分子的高次谐波发射(HHG).实验观测到分子HHG几率随着激光椭偏率的增加而降低,这与隧穿后重散射的理论框架的预言是一致的.通过引入一束弱飞秒激光作用对分子非绝热准直,研究了线偏振和椭圆偏振光场下分子结构效应对HHG的影响.结果表明,分子轴垂直于激光电场方向时谐波产率最大.分析表明,最高占据分子轨道(HOMO)以及内层轨道(HOMO-1)对乙炔分子的强场HHG都有贡献.本文将有助于深入理解分子与超快强激光场的相互作用.     

线偏振激光场中分子高次谐波椭偏率的调控

高次谐波椭偏率的调控为人们研究磁性材料和手性介质中的超快动力学过程提供了有效途径.本文理论研究了线偏振激光脉冲驱动下,H₂~+和H₃²⁺分子高次谐波的偏振特性及阿秒脉冲产生.结果表明当取向角为0~o时,H₂~+分子谐波的椭偏率几乎为0,而H₃²⁺分子谐波具有较大椭偏率,这是由于分子轨道对称性决定的.通过改变取向角的大小,可以调控高次谐波强度以及谐波椭偏率大小,为产生椭偏XUV脉冲提供了手段.同时,发现椭偏率较大的谐波阶次对应的谐波强度较小,分析表明分子的双中心干涉效应对椭偏率有很大的影响.对于H₂~+和H₃²⁺分子,分别合成了椭偏率为0.75和0.55的椭圆偏振阿秒脉冲.这种大椭偏XUV脉冲的产生为高次谐波在材料与生物科学领域提供了重要应用.     

强激光场中N2分子高次谐波的干涉效应

在强场近似下,利用Lewenstein模型研究了N2分子在强激光场中发射高次谐波的干涉效应,通过对N2分子产生的高次谐波和分子中单个原子产生高次谐波的比较,表明了干涉效应的存在. 得出随着高次谐波阶数的增加,干涉极小值会随着分子轴与激光偏振方向间夹角的增加而减小,在角度接近900附近时干涉效应消失,与两中心干涉模型预测的趋势一致. 通过分析高次谐波产生的机制和相位随取向角的变化,给出了干涉产生的原因.     

电场诱导(MgO)12储氢的从头计算研究

管状(MgO)₁₂是(MgO)_n的幻数团簇, 非常稳定. 为研究电场对其储氢性能的影响, 本文在B3LYP/6-31G^**水平上研究了电场中H₂在(MgO)₁₂管状结构上的吸附性质. 结果表明 (MgO)₁₂能承受强电场而保持管状结构并被极化, 其偶极矩增大为场强0.01 a.u. 和0.02 a.u.时的9.21和19.39 deb (1 deb=3.33564×10^-30C·m). H₂能稳定吸附在单个Mg/O原子上. 无电场时H₂在Mg上为侧位吸附, 而在O上为端位吸附; 电场中, H₂在Mg和O上均为端位吸附, 且其分子取向沿外电场方向. 由于(MgO)₁₂ 及H₂均被电场极化, 因此H₂在(MgO)₁₂部分位置上的吸附强度显著提高. H₂在3配位的Mg/O上的吸附能由无电场时0.08/0.06 eV分别提高到场强为0.01 a.u.和0.02 a.u.时的0.12/0.11 eV 和0.20/0.26 eV. 电子结构分析表明H₂吸附在Mg原子上时, 向团簇转移电荷, 电场极化效应是其吸附能较无电场时增大的主要原因. 吸附在O原子上时, 一方面由于O阴离子极化效应更强; 另一方面, H₂从(MgO)₁₂得到电荷, 其价轨道与团簇价轨道重叠形成化学键, 因此电场效应更显著. 电场中(MgO)₁₂最多能吸附16个H₂, 相应的质量密度为6.25 wt%.     

基于4A"势能面研究C(3P)+NO(X2Π)→CO(X1Σ+)+N(4S)反应的立体动力学性质

运用准经典轨线方法(QCT), 基于Abrahamsson等构造的⁴A"势能面(Abrahamsson E Andersson S, Nyman G, Markovic N 2008 Phys. Chem. Chem. Phys. 10 4400), 在碰撞能为0.06 eV时, 对C(³P)+NO(X²Π )→CO(X¹Σ⁺)+N(⁴S)反应立体动力学性质进行了理论研究. 在考虑反应物NO转动和振动激发的条件下, 计算了质心坐标系下k-j'矢量(k与j'分别为反应物速度与产物角动量)相关的P(θ_r)分布和k-k'-j'矢量(k'为产物相对速度)相关的P(φ_r)分布. 此外还计算了该反应的三个极化微分截面(2π/σ)(dσ₀₀/dω_t), (2π/σ)(dσ₂₀/dω_t)以及(2π/σ)(dσ₂₂+dω_t). 计算结果表明转动和振动激发对产物取向影响较大而对定向影响较小; 对于三个极化微分截面, 转动激发的影响不大, 而振动激发的影响则较大.     

空间非均匀啁啾双色场驱动下氦离子的高次谐波以及孤立阿秒脉冲的产生

本文理论上研究了初态为基态与第一激发态等权叠加的一维氦离子在空间非均匀啁啾双色场驱动下氦离子的高次谐波发射及孤立阿秒脉冲的产生. 研究表明, 一维氦离子在空间非均匀啁啾双色场驱动下发射的高次谐波相对于均匀场情况截止位置得到明显扩展, 得到了光滑的超连续谱,并应用半经典三步模型解释了高次谐波发射的物理机理. 通过小波变换的方法对连续谱进行了时频分析, 并且与电子的经典运动轨迹进行了对比分析, 结果显示在空间非均匀场中长量子轨道消失, 短量子轨道加强. 讨论了空间非均匀啁啾双色场中时间延迟对谐波和孤立阿秒脉冲产生的影响, 发现适当调整时间延迟值可以得到较大延展的光滑的超连续谐波谱, 本方案中时间延迟为t₀=1.6πup/ω₁时得到了最大延展, 通过对谐波中600次到680次(80次)谐波合成得到32 as的孤立脉冲.     

O_2分子B~3Σ_u~-态势能曲线的从头计算

B~3Σ_u~-态是O_2的最强的三重跃迁(B~3Σ_u~-←XΣ_g~-)Schumann-Runge(SR)带的上态,SR吸收带在保护地球、阻止紫外辐射等方面起着关键作用.SR连续带的光解离是平流层O原子及O_3的主要来源,掌握详细准确的O_2分子的电子态势能曲线,有助于对这些光谱现象的深入理解.本文通过MOLPRO软件,采用包含Davison修正的内收缩的多参考组态相互作用(ic MRCI+Q)方法,对O2的B~3Σ_u~-态的势能曲线进行了计算,采用的多参考组态函数来自完全活性空间自洽场计算.首先,采用共价组态构成多参考组态,对和B~3Σ_u~-态对称性相同的四个态进行了态平均计算,发现B3Σ_u~-态不存在双势阱结构,文献(Spectrochimica Acta Part A:Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2014 124 216)中双势阱的产生是根的振荡(root flipping)造成的,即B~3Σ_u~-态的势能曲线在核间距约为0.2 nm处跳变到能量相近的23?态的势能曲线上.本文中的态平均计算避免了这种根的振荡.接着,采用完全活性空间组态相互作用的方法计算B~3Σ_u~-态的势能曲线,通过改变活性空间的轨道组成,发现带有2π_u轨道电子布居的里德伯组态对B~3Σ_u~-态的束缚态的特征的出现是必不可少的.最后,通过将2π_u轨道加入到活性空间中,实现将相关的里德伯组态加入到多参考组态,对B~3Σ_u~-态的势能曲线进行了icMRCI+Q计算,得到相较于以往的理论计算与实验值更加相近的势能曲线以及光谱常数.本文探讨里德伯组态贡献的过程为如何确定多参考组态相互作用计算中的参考组态、提高理论计算的准确度提供了可以借鉴的途径.     

Minimum structure of high-harmonic spectrafrom aligned O2 and N2 molecules

We experimentally investigated the high-order harmonic generation (HHG) from aligned O₂ and N₂ molecules in a linearly polarized laser field, and presented the dependence of the harmonic spectrum on the driving laser intensity and molecular alignment angle. The minimum position of HHG of O₂ varies with changing the laser intensity, which is caused by multi-orbital interference. However, the location of the observed minimum structure in N₂ harmonic spectrum remained unchanged upon changing the laser intensity. The mechanism of the spectral minimum for N₂ case is regarded as a Cooper-like minimum in HHG associated with the molecular electronic structure. This work indicates that harmonic spectroscopy can effectively uncover information about molecular structure and electron dynamics.     

大气压空气纳秒脉冲阵列式线-线SDBD等离子体的电学及发射光谱特性研究

提出了一种阵列式线-线沿面介质阻挡放电结构,利用双极性高压纳秒脉冲电源,在大气压空气中激励产生了相对大面积的放电等离子体。其中,高压电极、地电极均为圆柱形金属,放电反应器由20组相间排列的阵列式线型高压电极和套有介质管的阵列式线型地电极组成。利用电压探头、电流探头、示波器等测量了放电电压和放电总电流,并计算得出了放电的实际电流。利用光纤、光栅光谱仪、CCD等测量了波长范围在300～440 nm和766～778 nm的发射光谱,即氮分子第二正带N₂ (C3Π_u→B3Π_g)包括Δν= +1, 0, -1, -2, -3、氮分子离子第一负带N+₂(B2Σ+_u→X2Σ+_g),N₂ (B3Π_g→A3Σ+_u)和O (3p5P→3s5S₂)的发射光谱。比较了氮分子第二正带N₂ (C3Π_u→B3Π_g)的各个振动峰和各个活性物种的发射光谱强度,以及这些发射光谱强度随着脉冲峰值电压的变化。测量了N₂(C3Π_u→B3Π_g, 0-0)的二次、三次衍射光谱,与原始光谱在转动带、背景光谱等方面进行了比较,并计算了二次衍射和原始光谱之间的峰值比。利用氮分子第二正带N₂ (C3Π_u→B3Π_g, Δν=+1, 0, -1, -2)和氮分子离子第一负带N+₂ (B2Σ+_u→X2Σ+_g, 0-0)模拟了等离子体的转动温度和振动温度,对模拟结果进行了比较,并研究了脉冲峰值电压对等离子体振动温度和转动温度的影响。通过测量放电的电压和计算得到的放电电流发现,当脉冲峰值电压为22 kV,脉冲重复频率为150 Hz时,阵列式线-线沿面介质阻挡放电的放电电流在正脉冲、负脉冲两个方向上均可达75 A左右。通过诊断放电等离子体的发射光谱发现,在测量的波长范围内,放电产生的活性物种主要有氮分子第二正带N₂ (C3Π_u→B3Π_g)、氮分子离子第一负带N+₂(B2Σ+_u→X2Σ+_g),N₂ (B3Π_g→A3Σ+_u)和O (3p5P→3s5S₂)。在脉冲峰值电压22～36 kV的变化范围内,氮分子第二正带N₂(C3Π_u→B3Π_g, 0-0)的发射光谱强度始终保持最强,N₂ (B3Π_g→A3Σ+_u)次之,而氮分子离子第一负带N+₂(B2Σ+_u→X2Σ+_g)和O (3p5P→3s5S₂)的发射光谱强度较弱。同时,当脉冲峰值电压升高时,氮分子第二正带N₂ (C3Π_u→B3Π_g)的所有振动峰,以及氮分子离子第一负带N+₂(B2Σ+_u→X2Σ+_g),N₂ (B3Π_g→A3Σ+_u)和O (3p5P→3s5S₂)的发射光谱强度均随之升高。通过比较氮分子第二正带N₂(C3Π_u→B3Π_g, 0-0)的原始、二次衍射、三次衍射光谱发现,二次、三次衍射光谱的转动带更清晰,但三次衍射光谱的背景更强,因此氮分子第二正带N₂(C3Π_u→B3Π_g)的二次衍射光谱更有利于模拟等离子体的转动温度。通过比较模拟得到的振动温度和转动温度发现,氮分子第二正带N₂ (C3Π_u→B3Π_g, Δν=-2)在N₂ (C3Π_u→B3Π_g)四个谱带Δν=+1, 0, -1, -2中最适于模拟等离子体振动温度,而利用氮分子离子第一负带N+₂ (B2Σ+_u→X2Σ+_g,0-0)模拟得到的等离子体转动温度要比N₂ (C3Π_u→B3Π_g, Δν=-2)的模拟结果高约10～15 K。同时,当脉冲峰值电压升高时,由N₂ (C3Π_u→B3Π_g, Δν=-2)和N+₂ (B2Σ+_u→X2Σ+_g, 0-0)模拟得到等离子体的转动温度均出现了略微上升的趋势,而利用N₂ (C3Π_u→B3Π_g, Δν=-2)模拟得出的振动温度则略微下降。     

Anharmonic V–V pumping and asymmetric electron-elementary excitation interaction in emission and absorption of O2(Δg) in the crystalline phases of oxygen

Three luminescence bands in the yellow and red spectral region, which are related to the ¹Δ_g¹Δ_g→³Σ_g^{− 3}Σ_g⁻ double electronic transition of O₂, have been investigated in the , β, and γ phase of solid oxygen. The temperature dependence of the intensity of the yellow band is strongly influenced by emission from higher vibrational levels of O₂(¹Δ_g), which are populated by anharmonic V–V pumping. The broken mirror symmetry of the luminescence and absorption bands in the phase of solid O₂ points to an interaction between the electrons and the elementary excitations of the crystal, which is different in the ground and excited electronic states, e.g., a quadratic electron–phonon interaction.     

CHClF2在强红外激光作用下C2*d3Пg态的形成机制

用TEACO₂激光辐照CHCIF₂分子生成电子激发态C₂^*自由基,观察到斯旺带系的六个谱带。本文根据C₂分子态位能曲线的特点,提出C₂^*d³Π_g态的形成机制。C₂是少数较特殊的分子之一,其激发态b³Σ_g^-与第一激发态a关键词：     

球形平均场加四极-四极和对力模型在单j壳内的量子相交叉行为(英文)

介绍了单j壳的球形平均场加几何四极-四极和标准对力模型的量子相交叉行为。在单j=15/2的壳内,计算了随模型控制参数变化的多个物理量如低激发能级、激发态间重叠积分、低激发态间的B（E2）比值和电四极矩比值。结果显示,在类转动到对激发相的演化中,多个物理量在交叉区存在非常明显的变化,如B（E2;4₁ → 2₁）/B（E2;2₁ → 0_g）,B（E2;4₂ → 2₁）/B（E2;2₁ → 0_g）等,并且这些变化在核子数达到半满壳时尤为显著。此外,尽管当j较小时,由几何四极-四极相互作用得到的低激发能级不满足转动谱规律,但当j值足够大时,这些低激发能级满足转动谱规律。The analysis of the quantum phase crossover behavior in the spherical shell model mean-field plus the geometric quadrupole-quadrupole (Q·Q) and standard pairing model within a single-j shell is reported. Several quantities, such as low-lying excitation energies, the overlaps of excited states, ratios of some B(E2) and electric quadrupole moments of some low-lying states as functions of the control parameter of the model in a j=15/2 shell are calculated. The results show that there are noticeable changes in the crossover region of the rotational-like to the pair-excitation phase transition, such as B(E2;4₁ → 2₁)/B(E2;2₁ → 0_g) and B(E2;4₂ → 2₁)/B(E2;2₁ → 0_g), especially in the half-filling case. Though the low-lying excitation energies generated from the geometric quadrupole-quadrupole interaction not satisfy the pattern of a rotational spectrum when j is small, these energies follow the pattern of a rotational spectrum when j is sufficiently large.     

反应物分子初始振动激发对H+CH~+→C~++H_2反应的影响

在CH_2~+体系的电子基态势能面上运用准经典轨线方法,研究了当碰撞能E=500 me V时,反应物分子的振动激发对H(~2S)+CH~+(X~1Σ~+)→C+(~2P)+H_2(X1_gΣ~+)反应的反应概率、反应截面和立体动力学性质的影响.分别计算了两矢量相关k-j′的P(θ_r)分布,三矢量相关k-k′-j′的P(φr)分布以及反应产物的四个极化微分截面.结果表明,产物分子转动角动量不仅在Y轴方向有取向效应,还定于Y轴的正方向.并且发现,随着振动量子数的增加,对反应体系产物分布的影响就越明显.     

自准直法测GdTaO4晶体折射率

本文利用自准直法在473, 532, 632.8和1064 nm的激光波长上精确地测量出GdTaO₄晶体的折射率, 得到了Sellmeier方程, 并计算了在632 nm处光轴与折射率主轴n_z的夹角为21.75°, 进而得知GdTaO₄晶体是正光性双轴晶体.