飞秒激光控制的分子量子动力学研究：(Ⅰ)三维二能级系统

结合MCDTDH方法和优化控制理论，以吡嗪分子为例，模拟了在给定不同的目标态下具有3个振动模两个电子态的分子系统的量子动力学过程. 以电子激发态作为目标态，优化激光场为一个楔形脉冲，它所激发的电子波函数在两个调制模空间中振荡最后达到平衡位置，并有较高的目标态产生率.发现目标态的选择强烈地影响波函数随时间的演变情况，若目标态在各个模的平衡位置，在优化激光场的作用下，电子波函数被直接激发到其平衡位置；若目标态不在振动模的平衡位形，其电子波函数经过强烈的振荡以达到平衡态. 关键词： 优化控制 MCTDH 方法 分子量子动力学     

飞秒激光辐照铝材料的分子动力学数值模拟

飞秒激光辐照金属材料的过程是一个复杂的物理过程，涉及等离子体、材料熔化和喷溅、热波的产生和发展等方面。用传统的连续介质力学的方法对这一过程进行数值模拟还有困难，包括高应变率下材料参数选取，状态方程的描述等，另外固液界面的产生及熔化材料的喷溅也超出了连续介质假设的范畴。与连续介质力学的方法不同，分子动力学方法是基于统计力学的计算方法，通过对材料中单个原子的受力进行分析，从而模拟整个模型状态的计算方法，避免了连续介质假设的局限。     

弥散补偿飞秒激光量子理论研究

本文根据我们新建的激光器模型,导出了非线性成形飞秒光脉冲的量子理论锁模方程。在薛定谔表象中,用含时哈特利近似方法求得了脉冲电场及光子数分布的形式解。最后讨论了量子锁模方程过渡到经典情形下稳态时的脉冲能量、脉宽及啁啾参量与飞秒激光器运转参量间的关系,得到了理论与实验一致的结果。     

聚合物飞秒激光加工的分子动力学建模与仿真

通过合理选择聚合物分子结构模型和高精度势能函数,建立了聚合物飞秒激光烧蚀加工的分子动力学仿真模型,并使用该模型研究了聚乙烯和聚苯乙烯飞秒激光烧蚀加工中的激光能量辐照和扩散过程。研究结果表明：激光烧蚀加工中聚合物材料的去除方式包括单链热激发引起的表面蒸发和单链热运动引起的内部热膨胀。聚苯乙烯单链的微观变形方式包括单链的整体移动和单链自身结构的变化。聚乙烯和聚苯乙烯的分子结构差异对聚合物单链变形行为和材料去除体积等烧蚀加工结果具有显著的影响。     

266 nm飞秒激光烧蚀单晶硅的分子动力学模拟

 基于Stillinger-Weber(SW)势和“x-分区”模型,用分子动力学方法模拟了266 nm飞秒激光烧蚀单晶硅的过程,给出了烧蚀过程的物理图像,烧蚀过程中材料内部缺陷的产生与发展最终导致整层材料被移除。对比研究了烧蚀材料中不同区域粒子的运动轨迹,结果体现了在固、液、气不同状态下粒子的运动特征。模拟了激光诱导应力波的传播,其速度为8.18 km/s。     

等离子屏蔽效应下飞秒激光照射金箔的分子动力学模拟

采用耦合了双温度模型的分子动力学方法对飞秒激光烧蚀金箔的传热过程进行了模拟研究,考虑了非傅里叶效应,探究了不同激光能流密度下等离子体羽流的屏蔽作用.根据密度分布将激光烧蚀过程中的金箔划分为过热液体层、熔融液体层和固体层,并比较了不同激光能量密度下过热液体层表面发生的相爆炸沸腾现象以及表面温度的变化情况.结果表明,随着激光能量密度的增大,等离子体的屏蔽比例几乎呈线性增大.在激光的烧蚀过程中,金箔的上表面最先经历液体层以及过热液体层,并且随着时间的推移,液体层和过热液体层逐渐向金箔底部移动.过热液体层发生体积移除的相爆炸沸腾是金箔烧蚀的主要方式,随着激光能量的增大,爆炸沸腾发生的时间提前,并且结束的时间相应延后,持续时间变长.     

PTCDA分子基态的飞秒激光控制研究

将优化控制理论和多组态含时Hartree（MCTDH）方法相结合,建立了适合于MCTDH方法的计算具有平面结构的PTCDA分子的多自由度振动量子模型,研究了在PTCDA分子激发后从分子激发态回落至分子基态的动力学过程.在理论上分析了约化目标态产生率与激发脉冲、分子的演变时间及优化场的有效能量之间的关系,对分子在各个振动坐标下波函数的振动分布做了分析与比较.研究发现,增加分子的回落演变时间在提高目标态产生率的同时可以使优化激光控制场的强度降低,这为实验上用低能量激光最大程度地实现目标态提供了有效手段. 关键词： PTCDA 多组态含时Hartree方法 飞秒激光控制     

开放三能级系统无反转激光

利用求密度矩阵稳态解的方法得到了一般泵浦和衰变情况下Λ型开放三能级原子系统在强相干光作用下无反转激光的条件。我们证明初始泵浦率和能级间自发辐射率的反转代替了稳态布居数的反转,共同促进了无布居数反转光放大,而且只要前两者之一满足就可以实现无反转光放大。然后利用求解简化原子模型波函数解析解的方法,描述了原子演化使得光场放大的过程,解释了量子干涉在三能级原子无反转激光中的作用。     

制备水溶性CdS量子点的一种物理方法：飞秒激光烧蚀法

用Ti/sapphire飞秒激光系统产生的100fs、800nm激光对置于水中的CdS体相材料进行烧蚀,得到了水溶性CdS纳米粒子。这种纯物理过程保证了无污染的制备环境,从而保证了所合成材料的纯洁性。通过透射电子显微镜、紫外/可见/近红外吸收光谱、室温光致发光谱的方法对CdS量子点的形貌及其光学性质进行了表征。结果表明:利用飞秒激光烧蚀法所制备的CdS量子点可直接分散在水中而且具有粒径小、分布均匀的特点;同时具有较好的胶体稳定性,可在空气中稳定存放6个月以上。飞秒激光烧蚀法所制备的CdS量子点所具有的这些性质使其在生物标记领域引起极大的兴趣,而且也为纳米材料的制备提供了新的思路。     

热物性参量对飞秒激光烧蚀金属影响的分子动力学模拟

利用结合双温模型的分子动力学模拟方法,研究了飞秒激光与金属相互作用的烧蚀机制.采用中心波长为800 nm,能量密度从0.043 J·cm~(-2)到0.40 J·cm~(-2)不等,脉宽分别为70 fs和200 fs的激光烧蚀金属镍和铝材料.靶材的温度、原子位型以及内部压力随时间的演化展示了材料热物性参量特性和激光参量对烧蚀结果的影响.结果显示材料电子热传导率对飞秒脉宽激光下的影响仍然较大;对比铝和镍的结果可知,铝的电子晶格耦合系数比镍的小,故电子晶格间的温度梯度持续时间较长;铝的电子热传导系数比镍的大,所以材料上下表面电子温度耦合的时间缩短.铝薄膜表面在能量密度为0.40 J·cm~(-2)激光烧蚀下呈现纳米尺寸的晶体结构.     

化学反应飞秒相干动力学与激光相干控制——1999年诺贝尔化学奖介绍

文章主要介绍了１９９９ 年诺贝尔化学奖得主艾哈默德·泽维尔（Ａｈｍｅｄ．Ｈ．Ｚｅｗａｉｌ） 教授的获奖工作———用飞秒技术和飞秒光谱的方法研究化学反应飞秒相干动力学,叙述了它们的原理、方法和应用,并简要介绍了其获奖背景、重要意义、相关研究及应用展望．     

化学反应飞秒相干动力学与激光相干控制——1999年诺贝尔化学奖介绍

文章主要介绍了１９９９年诺贝尔化学奖得主艾哈默德·泽维尔（Ａｈｍｅｄ．Ｈ．Ｚｅｗａｉｌ）教授的获奖工作———用飞秒技术和飞秒光谱的方法研究化学反应飞秒相干动力学,叙述了它们的原理、方法和应用,并简要介绍了其获奖背景、重要意义、相关研究及应用展望．     

梯-型三能级系统中自发辐射的量子相干控制

文章对梯形三能级系统中自发辐射的相干控制进行了分析，采用从基态到第一激发态为双激光场驱动的物理模型．通过变换驱动激光场之间的相对相位得到了一些主要结果，共振激发时，谱线呈现出三个谱峰的对称形式．当初始相位相同时，两边辐射峰值较高而中间峰值较低．随着初相位盖的增加，两边谱峰之闻的距离逐渐增大，谱线的高度逐渐下降，中心谱线的高度随着初始相位差的增加避渐增大，宽度避渐变小，直至成为一条较为尖锐的线，实现了对两边谱峰的完全抑制效应．采用下能级为双激光场激发的梯-型三能级系统，通过变换激光场之问的相对相住。实现了对激发态自发辐射的量子相干控制，观察到自发辐射光谱的抑制及谱线的猝灭等效应．     

异质结中桥分子电子转移的飞秒激光控制研究

以染料分子通过桥分子吸附在半导体表面所组成的异质结为研究对象, 用一维约化振动模型研究了异质结中桥分子电子转移的飞秒激光优化控制过程,分别对单个桥分子和两个并列桥分子连接的异质结系统的电子传输及飞秒激光控制做了仔细的计算和讨论,理论上分析了桥分子的存在对异质结中超快电子转移路径的影响. 关键词： 飞秒激光 优化控制 异质结电子转移     

梯-型三能级系统中自发辐射的量子相干控制

采用从基态到第一激发态为双激光场驱动的物理模型,对梯形三能级系统中自发辐射的相干控制进行了分析,通过变换驱动激光场之间的相对相位得到了一些主要结果.共振激发时,谱线呈现出三个谱峰的对称形式.当初始相位相同时,两边辐射峰值较高而中间峰值较低.随着初相位差的增加,两边谱峰之间的距离逐渐增大,谱线的高度逐渐下降,中心谱线的高度随着初始相位差的增加逐渐增大,宽度逐渐变小,直至成为一条较为尖锐的线,实现了对两边谱峰的完全抑制效应.采用下能级为双激光场激发的梯-型三能级系统,通过变换激光场之间的相对相位,实现了对激发态自发辐射的量子相干控制,观察到自发辐射光谱的抑制及谱线的猝灭等效应.     

飞秒、太瓦级钛宝石激光系统

本文综述基于啁啾放大技术的飞秒ＴＷ级钛宝石激光系统的发展概况及最新进展,在详细分析其应用前景的基础上,进一步指出了这一技术的发展趋势。     

梯-型三能级系统中自发辐射的量子相干控制

文章对梯形三能级系统中自发辐射的相干控制进行了分析,采用从基态到第一激发态为双激光场驱动的物理模型.通过变换驱动激光场之间的相对相位得到了一些主要结果,共振激发时,谱线呈现出三个谱峰的对称形式.当初始相位相同时,两边辐射峰值较高而中间峰值较低.随着初相位差的增加,两边谱峰之间的距离逐渐增大,谱线的高度逐渐下降,中心谱线的高度随着初始相位差的增加逐渐增大,宽度逐渐变小,直至成为一条较为尖锐的线,实现了对两边谱峰的完全抑制效应.采用下能级为双激光场激发的梯-型三能级系统,通过变换激光场之间的相对相位,实现了对激发态自发辐射的量子相干控制,观察到自发辐射光谱的抑制及谱线的猝灭等效应.     

飞秒脉冲激光的倍频实验研究

用I类匹配BBO晶体对近红外波段钛宝石飞秒脉冲激光做倍频实验,取得近30%的转换效率,对飞秒脉冲激光倍频的有关问题进行了分析讨论。     

飞秒脉冲激光的倍频实验研究

用互类匹配ＢＢＯ晶体对近红外波段钛宝石飞秒脉冲激光做倍频实验，取得近３０％的转换效率，对飞秒脉冲激光倍频的有关问题进行了分析讨论．