[发明专利]一种探测电子运动的方法

说明书

本发明公开了一种探测电子运动的方法，通过分析超快强激光作用于分子中叠加态电子波包电离产生的光电子动量谱中的光电子全息干涉结构，可以对分子内电子的运动过程进行追踪探测。包括以下步骤：1)利用远紫外飞秒激光激发基态分子，获得处于基态与激发态相叠加的叠加态的电子波包。并利用高强度飞秒激光电离叠加态的电子波包，测量电离得到的光电子动量谱。2)分析测量到的动量谱，从光电子全息干涉结构中获得叠加态电子波包在平行动量方向隧穿电离位置处的最概然密度分布随时间的变化。本发明提出的方法填补了追踪叠加态电子波包阿秒时间量级的演化过程的技术空白，将在提取电子波包动力学信息方面有重要的实用价值。

技术领域

本发明属于超快光学与强场激光领域，更具体地，涉及一种探测电子动力学信息的方法。

背景技术

在超快、强场光学中，利用超快强激光场探测、控制原子、分子中阿秒量级的电子动力学过程是国内外广泛关注的热点研究问题。几乎所有的多原子、分子被强激光场激发或者电离后，原本的原子、分子系统偏离平衡态，产生时间尺度在几个飞秒到几百个阿秒量级的叠加态电子波包演化过程，也即“电子迁移”(charge migration)。实验上要直接追踪这种超快(亚飞秒至阿秒量级)时间尺度与超短(埃量级)空间尺度的电子波包动态过程非常困难。在已有的工作中，人们尝试利用强场高次谐波或者强场阿秒瞬态吸收光谱实现对叠加态电子波包的演化进行探测。但是，这些探测都有严重的局限性，即建立在已知具体的叠加态电子波包信息的基础上。对于复杂分子来说，受激产生的叠加态通常由许多未知的电子态构成，在这种情况下，如何追踪叠加态电子波包的运动亟待解决。

2011年，Huisman等人发表在《Science》上的文章指出，在强场原子、分子电离形成的光电子动量谱中存在一种可以类比于光学全息成像的全息结构。超快强激光作用下，原子、分子会发生电离，电离电子在激光场中做加速震荡运动，可能反向与母离子发生散射。相干的散射电子波包与未与母离子产生相互作用的直接电子波包之间可能产生干涉。类比于光学全息成像，散射电子波包可认为是信号波，直接电子波包可认为是参考波，因而人们将这种干涉结构命名为光电子全息干涉。随后许多工作围绕这一超快强激光场领域的全息结构展开，并提出了许多理论论证光电子全息成像技术有获得原子、分子结构信息以及探测电子动力学信息的潜力。但是如何应用全息技术获取电子波包动力学信息还是一个未解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种探测电子运动的方法，由此解决如何应用全息技术获取电子波包动力学信息的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种探测电子运动的方法，包括：

(1)激发待探测基态分子，获得处于基态与激发态相叠加的叠加态电子波包；

(2)电离所述叠加态电子波包，以测量电离得到的所述待探测基态分子的二维光电子动量谱；

(3)分析所述二维光电子动量谱，从光电子全息干涉结构中获得所述叠加态电子波包在平行动量方向隧穿电离位置处的最概然密度分布随时间的变化，其中，所述二维光电子动量谱中垂直于激光偏振方向的干涉条纹为直接电子波包与前向散射电子波包干涉形成的所述光电子全息干涉结构。

优选地，所述叠加态电子波包表示为：

其中，|Ψ₁(r)与|Ψ₂(r)分别表示电子的基态与激发态，c₁与c₂为对应的展开系数，E₁与E₂为相应的电子态能量，θ₀为两个电子态初始相对相位，表示约化普朗克常数。

优选地，所述光电子全息干涉结构的获取方式为：

消除所述二维光电子动量谱中平行于激光偏振方向的散射结构，得到初始光电子全息干涉结构；