基于分子物理學(xué)的靜電激光復(fù)合場(chǎng)取向問題研究

基于分子物理學(xué)的靜電激光復(fù)合場(chǎng)取向問題研究長(zhǎng)期以來對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù)較小以及偶極距較大的分子的研究是獲得較高的空間取向度的必然選擇。在本文當(dāng)中，通過利用物理學(xué)的靜電和激光相耦合的方法進(jìn)行分子物理學(xué)的取向問題研究，經(jīng)過研究表明利用這種復(fù)合場(chǎng)的方法可以大大增強(qiáng)基態(tài)的一氧化碳分子的取向度。并且還可以實(shí)現(xiàn)兩種模式，即絕熱和非絕熱兩種模式。絕熱模式可以實(shí)現(xiàn)較大的分子取向，而非絕熱模式則可以實(shí)現(xiàn)取向的周期性再現(xiàn)過程，通過對(duì)這兩種模式的研究為進(jìn)一步的應(yīng)用研究以及實(shí)驗(yàn)等分子復(fù)合場(chǎng)取向提供了理論依據(jù)與參考。

1理論

分子與復(fù)合場(chǎng)之間的關(guān)系是通過Hamilton量相互作用的，其表達(dá)式可以寫為其中，B轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù)；J分子總角動(dòng)量算符；夾角；分子各向異性極化率。對(duì)于絕熱態(tài)的作用可以視為激光脈沖強(qiáng)度足夠大，非絕熱的情況可以視為激光脈沖半高全線寬不大于轉(zhuǎn)動(dòng)周期的情況，這是可以最終獲得分子取向隨著時(shí)間的變化而發(fā)生變化的演化關(guān)系情況。

在復(fù)合作用過程中，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)雙阱勢(shì)，產(chǎn)生它以后被束縛在雙阱勢(shì)中的分子這時(shí)的擺動(dòng)態(tài)就將以隧道對(duì)的形式出現(xiàn)。相反的宇稱也會(huì)在這樣的隧道對(duì)中出現(xiàn)，而且其強(qiáng)度會(huì)隨著激光的強(qiáng)度增強(qiáng)而增強(qiáng)。靜電場(chǎng)與激光場(chǎng)的復(fù)合會(huì)最終使得能級(jí)分裂的量子出現(xiàn)取向相反的情況，這也就造成了較弱的靜電場(chǎng)由于強(qiáng)激光場(chǎng)的作用最終出現(xiàn)較大的分子取向[1]。

2結(jié)果與分析

通過上面的分析，激光與分子的復(fù)合存在著兩種模式，通過對(duì)兩種模式下的復(fù)合場(chǎng)取向進(jìn)行研究。在絕熱的情況下將靜電場(chǎng)加入到復(fù)合場(chǎng)中去，并且認(rèn)為分子轉(zhuǎn)動(dòng)周期是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于激光的脈沖渡越時(shí)間的，在這種情況下一般會(huì)稱其為絕熱作用過程。電場(chǎng)的加入使得強(qiáng)激光場(chǎng)下產(chǎn)生的隧道對(duì)向著相反的方向分裂，并且能級(jí)在復(fù)合場(chǎng)下的變化還是相當(dāng)?shù)拇蟮?。通過相關(guān)的理論計(jì)算，分子軸的取向會(huì)由于能記得變化而因此加劇[3]。分子軸取向度會(huì)隨著電場(chǎng)的強(qiáng)度的增加而增加，即便是電場(chǎng)的強(qiáng)度比較小，但是這種分子取向的變化卻是非常的大，在達(dá)到一個(gè)定值之后這種增加將趨向于飽和，單獨(dú)的電場(chǎng)是難以獲得較大取向的，可是一旦參有激光場(chǎng)就會(huì)不同，因?yàn)榧す鈭?chǎng)的加入會(huì)使得分子的態(tài)產(chǎn)生隧道對(duì)，這就使得即便是較弱的靜電場(chǎng)也會(huì)引起取向度的較大程度變化。

綜合以上的分析可以發(fā)現(xiàn)隧道對(duì)的兩個(gè)態(tài)都會(huì)受到復(fù)合場(chǎng)中兩個(gè)場(chǎng)的影響而增大的情況，并且這兩個(gè)取向的方向是相反的，這樣的結(jié)果最終勢(shì)必會(huì)引起分子整個(gè)體系的取向度的變化。

接下來將靜電場(chǎng)在絕熱情況下加入，來研究激光脈沖寬不大于轉(zhuǎn)動(dòng)周期的基態(tài)一氧化碳分子的取向度情況，雖然這種情況是在絕熱情況下將靜電加入的但還是復(fù)合場(chǎng)分子的非絕熱作用。之前有研究者進(jìn)行過相關(guān)方面的研究，但歸結(jié)起來只是考慮了單激光場(chǎng)的作用，而在這里我們進(jìn)行復(fù)合場(chǎng)對(duì)基態(tài)一氧化碳分子的取向研究。通過計(jì)算以后發(fā)現(xiàn)，這種情況下不但具備對(duì)取向增強(qiáng)的效果還能夠?qū)崿F(xiàn)取向隨時(shí)間周期的重現(xiàn)。

在非絕熱作用下的復(fù)合場(chǎng)中，取向度受到來自于溫度的影響依然是很大的，這種影響可以從下文中能夠發(fā)現(xiàn)。在5K這個(gè)溫度下的時(shí)候，取向度的大小只不過是低于0.2的水平，可是隨著溫度不斷的升高，分子的取向度卻發(fā)生急劇的降低，伴隨著的是取向峰值之間的間距卻在不斷地變寬[2]。

在進(jìn)行分析的過程中，復(fù)合場(chǎng)是由激光與靜電場(chǎng)復(fù)合而成，為了取得較好的復(fù)合效果，需要控制好激光場(chǎng)的強(qiáng)度。在計(jì)算的過程中，我們選取的是剛性轉(zhuǎn)子的模型，利用這種模型如果激光的強(qiáng)度太強(qiáng)就會(huì)使得分子的取向出現(xiàn)飽和甚至是下降的狀況，這樣以來剛性轉(zhuǎn)子因?yàn)闆]有考慮到振動(dòng)會(huì)出現(xiàn)較大的偏差，為此需要研究分子的取向度值隨著激光強(qiáng)度的變化影響情況。

在非絕熱的情況下，需要考慮取向度值受到靜電場(chǎng)的強(qiáng)度的影響。在文中示出了分子取向度值隨著靜電場(chǎng)值增大的變化情況，可以發(fā)現(xiàn)是隨著其變大而增大的。在溫度選為5K時(shí)，這種趨勢(shì)最后會(huì)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)。但是也并不是靜電場(chǎng)強(qiáng)度越大越好，而是要考慮到實(shí)驗(yàn)的裝置水平以及選用的模型的使用程度等因素。

3結(jié)語

通過以上的研究表明，基態(tài)CO分子在復(fù)合場(chǎng)作用下，由于產(chǎn)生的隧道對(duì)的能級(jí)耦合效應(yīng)會(huì)使得其取向度值大大高于單獨(dú)靜電場(chǎng)時(shí)的值。如果是長(zhǎng)脈沖激光與靜電場(chǎng)復(fù)合，即使靜電場(chǎng)很弱也能夠產(chǎn)生很大的取向度。而如果是短脈沖激光與靜電場(chǎng)耦合，這種情況只有在脈沖寬度與分子轉(zhuǎn)動(dòng)周期相當(dāng)時(shí)才可以獲得較大的分子取向度，除此之外，這樣的分子取向還會(huì)周期性的重現(xiàn)。通過對(duì)溫度對(duì)分子取向度的影響的研究發(fā)現(xiàn)，溫度的影響是很大的，這也就指出了復(fù)合場(chǎng)取向?qū)嶒?yàn)的建立在冷分子的基礎(chǔ)上建立起來的。最后在研究復(fù)合場(chǎng)中激光和靜電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)分子取向的研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，分子取向值會(huì)隨著