レーザーパルスの伝播効果を考慮に入れた分子回転状態のフェムト秒量子制御

考虑激光脉冲传播效应的分子旋转状态的飞秒量子控制

基本信息

批准号：
15740252
负责人：
石川顕一
金额：
$ 0.64万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

近年のレーザー技術の発展により、偏光が時間に依存するフェムト秒レーザーパルスの発生が可能になった。偏光はいわば光子の回転状態であり、光と原子・分子の相互作用を偏光によって量子制御できると期待される。高強度レーザーによる原子、分子のイオン化は非摂動論領域に取り扱う必要があるため、時間依存シュレーディンガー方程式の数値シミュレーションが広く用いられている。しかし、従来のシミュレーションは主に直線偏光のみを対象としている。本研究では、任意の時間に依存する偏光状態を持つレーザーパルス中の水素原子に対する時間依存シュレーディンガー方程式の数値計算コードの開発を行い、時間に依存する偏光がイオン化に及ぼす効果を検討した。y方向に進行する任意の偏光のフェムト秒レーザーパルスを考えると、その電場はz成分とx成分を持つ。そのような電場を含む、水素原子に対する時間依存シュレーディンガー方程式中の、波動関数を球面調和関数で展開、動径波動関数を空間グリッド上で離散化し、時間発展を前進差分法で計算するコードを開発した。例として、波長800nm、強度10^<14>W/cm^2で、直線偏光の偏光面が一定の角速度で回転しているような偏光状態のレーザーパルスによる水素原子のイオン化のシミュレーションを行った。原子の感じる電場強度の時間プロファイルは偏光面の回転速度によらないため、トンネル電離では電離度が回転角速度に依存しないことが予想されるが、計算結果からは、回転角速度に対する依存性があることが分かる。この結果からは未知の電離機構の関与の可能性が示唆され、また、時間に依存する偏光状態を用いて、電離度を量子制御できる可能性が示されたと言える。

激光技术的最新进展使得产生偏振随时间变化的飞秒激光脉冲成为可能。可以说，偏振光是光子的旋转状态，人们期望光与原子、分子之间的相互作用可以通过偏振光进行量子控制。由于高强度激光对原子和分子的电离必须在非微扰域中处理，因此与时间相关的薛定谔方程的数值模拟被广泛使用。然而，传统的模拟主要仅针对线偏振光。在本研究中，我们开发了具有任意时间相关偏振态的激光脉冲中氢原子的时间相关薛定谔方程的数值计算代码，并研究了时间相关偏振对电离的影响。考虑沿y方向行进的任意偏振的飞秒激光脉冲，其电场具有z分量和x分量。开发了一种代码，该代码使用球谐函数扩展氢原子的时间相关薛定谔方程中的波函数（包括这样的电场），在空间网格上离散化径向波函数，并使用前向差分法计算时间演化。。例如，我们模拟了具有偏振态的激光脉冲对氢原子的电离，使得线偏振光的偏振面在波长为 800 nm、强度为 10^<14> 时以恒定角速度旋转宽/厘米^2。由于原子感受到的电场强度的时间分布不依赖于偏振面的旋转速度，因此预计隧道电离中的电离程度不依赖于旋转角速度，但计算结果显示据我了解，这与旋转角速度有关。这一结果表明可能涉及未知的电离机制，并且还表明使用时间依赖性偏振态对电离程度进行量子控制的可能性。