《強場超快光學》是以《超強超短激光秒沖與物質(zhì)相互作用專題》課程為基礎,專門介紹強場超快過程,特別是強場電離、高次諧波發(fā)射及阿秒脈沖產(chǎn)生的課程, 也是物理學專業(yè)研究生的學位課。本課程概述了強場電離、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隊所做的工作,介紹了強場原子非次序雙電離、強場分子非次序雙電離、強場分子非次序三電離及強場受挫雙電離的理論工作,同時也詳細的介紹了我們產(chǎn)生阿秒脈沖的實驗方案及結(jié)果。通過系統(tǒng)地學習該課程,使學生在原子分子層面深刻理解強場超快過程,進而提升學生在理論分析、程序設計、數(shù)值計算、圖像處理等方面的能力。
(1)針對性強,該教材與同類教材相比具有很強的針對性。如《強激光中的原子、分子與團簇》是重點介紹半經(jīng)典模型下強場原子電離及高次諧波發(fā)射過程,然后推廣到更復雜的體系分子乃至團簇;該《強場超快光學》教材則是基于經(jīng)典力學方法,闡述該方法的基本概念、理論和方法,重點介紹經(jīng)典方法下強場超快電子動力學特性。(2)適用性強,《強場超快光學》從*初的《激光物理》到《超強超低激光脈沖與物質(zhì)相互作用》已歷經(jīng)數(shù)十年教學實踐,目前已經(jīng)過項目組成員多次修訂,在概念的闡述、原理的論證、公式的推導、數(shù)據(jù)與圖表的引用等方面基本上做到了準確無誤;教材結(jié)構(gòu)嚴謹、合理、完整,文字準確、流暢,符合規(guī)范化要求,插圖正確、文圖配合恰當;注重理論聯(lián)系實際,教材中所介紹的研究成果均給出了詳細的研究方法,便于學生自學和理解、掌握與應用所學知識。該教材既努力反映現(xiàn)代科學技術的新成就,將新的分析計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)容能與我國強場領域的發(fā)展相適應,后續(xù)將通過修訂和改變不斷得到更新和完善。 (3)落實立德樹人根本任務,融入課程思政元素。該教材緊密圍繞立德樹人根本任務,在選材方面注重知識傳授、價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。單元主題涉及強場物理的多個方面,讓學生通過學習,達到開闊視野,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,這有助于提升學生民族自豪感,體現(xiàn)文化自信。
人們每天都會接觸到光,光是人類生活中必不可少的一部分。人們研究光學已經(jīng)持續(xù)了幾千年,并且還在不斷地研究。光學是研究光的傳播及其與物質(zhì)相互作用的學科,在早期的光學研究中,人們主要以反射定律和折射定律為基礎開展幾何光學研究。在現(xiàn)代光學研究中,人們主要研究出現(xiàn)激光之后的光學新進展。激光科學發(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、微波波譜學和固體物理學。在歷經(jīng)了眾多科學家的長期研究之后,T.Maiman在1960年終于制造出了人類史上的第一臺激光器。此后,隨著調(diào)Q技術、鎖模技術以及啁啾脈沖放大技術等的發(fā)展,激光技術實現(xiàn)了突飛猛進的發(fā)展和廣泛的應用。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,強場超快光學儼然成為現(xiàn)代物理學的一個璀璨成果。本書較全面地介紹強場超快光學領域的基礎知識和*新進展,以及編者在該領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章主要介紹強場電離過程的理論模型;第3章和第4章分別介紹強激光場中原子和分子的非次序雙電離;第5章介紹三電離及動力學過程;第6章主要介紹強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域的應用。本書可作為物理學、光學工程、電子科學與技術等專業(yè)研究生的教材,亦可作為相關專業(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)量提升工程項目(No.YJS2023JC27)的資助。本書編寫工作的具體分工如下:李盈儐負責第1章至第4章,陳紅梅負責第5章和第6章,翟春洋負責第7章和第8章,余本海負責全書的統(tǒng)稿。由于編者水平有限,書中難免存在錯誤和不足之處,望各位讀者不吝賜教。編者2023年6月
李盈儐,理學博士,碩士生導師,信陽師范大學物理電子工程學院副教授。2010年7月于信陽師范大學獲得理學學士,同年9月于本校攻讀碩士學位,師從余本海教授。2011年9至2013年5月在華中科技大學超快光學實驗室交流學習,合作導師為長江學者、國家杰青陸培祥教授。2014年9月考入南京大學攻讀博士學位,師從著名的團簇物理學專家王廣厚院士以及*新世紀優(yōu)秀人才支持計劃獲得者萬建國教授。主要從事強激光脈沖驅(qū)動的原子分子電離特性及超快電子動力學理論研究。在光學及原子分子物理領域主流期刊上發(fā)表學術論文50余篇。承擔國家自然科學基金項目5項、河南省高等學校重點科研項目計劃1項,獲得信陽師范大學南湖學者青年項目支持。指導的碩士研究生1人獲得國家獎學金、1人獲得河南省優(yōu)秀碩士學位論文。
1緒論(1)
1.1強激光場中原子、分子單電離的物理過程(1)
1.2強激光場中原子、分子非次序雙電離(6)
1.3強激光驅(qū)動的受挫雙電離(21)
參考文獻(22)
2強場原子、分子非次序雙電離的理論模型(33)
2.1量子求解含時薛定諤方程的數(shù)值方法(33)
2.2基于強場近似的S矩陣理論模型(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(41)
3強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)動的原子非次序雙電離(76)
參考文獻(81)
4強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聯(lián)電子動力學(88)
4.2周期量級激光脈沖驅(qū)動的分子非次序雙電離(102)
參考文獻(113)
5中紅外激光驅(qū)動的原子非次序三電離關聯(lián)電子動力學(119)
5.1強場原子三電離理論模型(119)
5.2正三價離子縱向動量分布和關聯(lián)電子動力學(122)
5.3關聯(lián)電子動力學的激光強度依賴(125)
參考文獻(129)
6強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(147)
7高次諧波和阿秒激光的產(chǎn)生(151)
7.1激光技術的發(fā)展及應用(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(164)
8高次諧波的探測與應用(172)
8.1高次諧波產(chǎn)生的實驗裝置(172)
8.2高次諧波的實驗探測裝置(174)
8.3高次諧波在探測分子結(jié)構(gòu)過程中的應用(175)
8.4高次諧波在產(chǎn)生圓偏振阿秒激光光源中的應用(200)
參考文獻(210)強場超快光學目錄