Strong-field photoelectron holography beyond the electric dipole approximation: a semiclassical analysis
强场光电子全息是指激光诱导原子电离过程中不同电子路径的干涉,导致最终动量分布的干涉图样。为了定量描述全息超越电偶极子近似和库仑势的存在下,我们开发了一个半经典模型,其中的出射电子的初始条件设置根据超越偶极子强场近似的电离步骤。与轨迹相关联的阶段进行评估后,半经典传播的处方。通过与二维含时薛定谔方程的数值解的比较,证实了该方法的有效性。半经典模型正确地再现了超偶极动力学引起的光电子动量沿激光传播轴的后移和前移。中心全息干涉条纹的位置可以从简化的无库仑干涉模型中估计出来,该模型提供了超越偶极位移的封闭形式表达式。在三维空间中,库仑聚焦导致最终动量方向接近偏振轴的半经典模型崩溃。我们实现了一个超越偶极正则化程序的基础上的概念荣耀散射,这是最近用来描述库仑聚焦的偶极近似。虽然中心最大值和高阶条纹的位置已经可以通过简单的半经典模型近似获得,但这种荣耀模型能够预测中心最大值附近的分布形状。在全息中偶极近似的违反应该是可观察到的中红外领域,其中的前/后移可以与条纹间距。
2019-05-20 physics.atom-ph
Dissecting Sub-Cycle Interference in Photoelectron Holography
强场量子隧道电离中的多路全息干涉是揭示分子电影亚埃阿秒动力学的关键。这种关键的子周期运动往往被较长的时间尺度效应所掩盖,例如出现在阈上电离(ATI)中的环形图案。在目前的工作中,我们克服了这个问题,结合两个新的技术在理论和实验分析:单位细胞平均和时间滤波数据和模拟。这些共同抑制ATI环,并使氩气中的强场电离实验和库仑量子轨道强场近似(CQSFA)理论之间前所未有的高度详细的定量匹配。速度图图像揭示了在偏振轴附近形成的全息蜘蛛状干涉条纹上的精细调制。CQSFA理论将其追溯到三种类型的电子路径的干扰。实验和理论之间的一致性水平允许灵敏地确定量子相位差和对称性,为量子系统中的定量动力学成像提供了重要工具。
2021-02-24 physics.atom-ph
It is all about phases: ultrafast holographic photoelectron imaging
光电子全息术构成了一个强大的工具,为超快成像的物质,因为它结合了高电子流与亚飞秒分辨率,并提供有关过渡振幅和相移的信息。与光全息术类似,它使用与定性不同的电离事件相关联的探测波和参考波之间的相位差来重建目标并确定可能发生的任何变化。这些是其他阿秒成像技术的主要优点,需要精心设计的干涉计划,以提取相位差。出于这个原因,超快光电子全息术的活动经历了巨大的增长,这导致了一个巨大的,但分散的景观。本审查是为统一这一格局而作出的组织努力。这包括一个历史性的帐户,其中建立了与激光诱导电子衍射(LIED)的连接,所遇到的主要全息结构及其基本的物理机制的总结,所采用的理论方法的广泛讨论,以及关键的挑战和未来的可能性。我们在自己的工作中更深入地研究,并特别强调量子干涉和剩余库仑势。
2019-06-27 physics.atom-ph
Coulomb-free and Coulomb-distorted recolliding quantum orbits in photoelectron holography
我们在库仑量子轨道强场近似(CQSFA)中对不同类型的轨道进行了详细的分析,从直接碰撞到硬碰撞。我们发现,其中一些表现出明确的对应物的强场近似直接和再散射阈值以上电离的标准配方,并表明,库仑校正模型中常用的标准轨道分类是过于简化。我们确定了几种类型的再散射轨道,如那些负责在文献中报道的低能量结构,并确定它们发生的动量区域。我们还发现以前被忽视的干涉图案所造成的背散射,库仑校正轨道,并评估其对光电子角分布的影响。这些轨道提高了与CQSFA计算的光电子角分布的协议与从头算方法的结果为高能量光电子垂直于场极化轴。
2018-02-02 physics.atom-ph quant-ph
Orbit-resolved spin holography: role of Coulomb focusing in target-dependent polarization
Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学);Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University(上海交大李政道研究所);University College London(伦敦大学学院)
研究蜘蛛状自旋条纹轨道分辨起源及目标依赖性机制,用库仑量子轨道强场近似分离贡献,发现条纹源于\(p\)轨道电离通道干涉,极化取决于轨道类贡献平衡,光电子自旋纹理可补充动量分布探测库仑驱动强场动力学。
2026-07-21 physics.atom-ph
Imaging Molecules from Within: Ultra-fast, Ångström Scale Structure Determination of Molecules via Photoelectron Holography using Free Electron Lasers
基于(i)即将到来的明亮X射线自由电子激光(FEL)源,(ii)新的能量和角色散的大面积电子成像器,以及(iii)众所周知的光电子全息术,阐述了一种新的方案,该方案提供了具有飞秒空间和飞秒时间分辨率的小到中等尺寸分子的时间依赖的三维结构测定。诱导分子动力学,波包运动,解离,通过锥形交叉点或异构化的泵脉冲,这种运动是可视化的X射线自由电子激光探测脉冲发射keV的光电子在几个飞秒内从特定的和明确定义的网站,深核心水平的个别原子,在分子内。在光电子出来的路上,光电子被衍射,在检测器上产生全息图,在光电离的瞬间对分子结构进行编码,从而提供“分子内部的飞秒快照图像”。详细的计算中的各种近似的日益复杂的和三维检索的分子的空间结构的空间分辨率为10 ngström的演示。由于大的光吸收截面,该方法扩展了基于X射线衍射的,随时间变化的结构调查,设想在自由电子激光器的新类别的样品是无法访问的任何其他方法。其中包括气相中的稀释样品,例如对齐、定向或构象选择的分子、超冷系综和/或主要包含不能有效散射X射线的轻原子的分子或簇物体。
2009-10-16 physics.atom-ph physics.ins-det
Twisted quantum interference in photoelectron holography with elliptically polarized fields
我们进行了系统的分析,如何超快光电子全息的椭圆偏振场的影响,重点是量子干涉效应。我们发现,外部场和束缚势的相互作用导致扭曲的全息图案为低的椭圆度和恢复众所周知的角度偏移为高的椭圆度。使用库仑量子轨道强场近似(CQSFA),我们评估场椭圆率如何影响特定的全息图案,如风扇和蜘蛛。外部场和束缚势的相互作用导致扇形中扭曲的全息图案,以及蜘蛛中对比度的损失。这种行为可以追溯到干扰电子轨迹,以及由于非零椭圆率导致的隧穿概率的不相等变化。我们还推导出隧道时间分析使用强场近似(SFA),提供估计的椭圆形范围内的干扰预计将是突出的,并讨论如何构建连续的电子动量分布探索旋转对称性的起源。
2022-07-15 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Exploring symmetries in photoelectron holography with two-color linearly polarized fields
本文研究了在公度频率为$rω$和$sω$的双色线偏振场中的光电子全息,重点研究了存在的对称性以及两个驱动波之间的相对相位值是保持还是被打破。使用群论的方法,我们表明,除了众所周知的半周期对称性,这是打破了$r+s$奇,有反射对称性周围的领域零交叉和最大值,这可能会或可能不会被保留,这取决于如何两个波被移相。对于单色光场,这三种对称性总是存在的,而对于双色光场,即使$r+s$是偶数并且半周期对称性被保留,这一点也不能保证。打破半循环对称性会自动打破另外两个对称性中的一个,而如果半循环对称性保持不变,则另外两个对称性要么保持\textit{both},要么被打破。我们分析了这些功能如何影响电离时间和鞍点方程为不同的双色场。我们还提供了保留特定对称性的相对相位$ϕ$的一般表达式。作为一个应用程序,我们计算光电子动量分布的$ω-2ω$领域的库仑量子轨道强场近似和评估全息结构,如风扇,蜘蛛和干涉地毯的行为,专注于反射对称性。遇到的功能可以追溯到影响电离概率和量子干涉在不同的动量区域的场梯度和幅度。
2022-07-06 physics.atom-ph quant-ph
Forward and hybrid path-integral methods in photoelectron holography: sub-barrier corrections, initial sampling and momentum mapping
本文提出含完全库仑畸变的 R-CQSFA 与 H-CQSFA 路径积分方法,通过亚势垒修正、初始采样和动量映射提升超快光电子全息动量分布模拟。
2023-08-15 physics.atom-ph quant-ph
Holographic detection of parity in atomic and molecular orbitals
介绍了一种基于光电子全息的原子分子轨道宇称探测方法,该方法比现有的方法更具有一般性。它充分考虑了电子轨迹的库仑畸变,不需要雕刻场来检索相位信息,并且原则上适用于广泛的电子动量。通过对N $_{2}$分子及其Ar伴原子强场电离的微分光电子谱的对比测量,发现两种靶的光电子全息图都出现了退相现象。全维含时薛定谔方程和库仑量子轨道强场近似(CQSFA)模拟很好地再现了这一点。利用CQSFA,我们通过库仑畸变的量子轨道的干涉,得到了Ar的3 $p$轨道和N $_{2}$的最高占据轨道的不同宇称.这种方法原则上可用于从任何全息结构中提取束缚态相,在激光物理和光谱学中具有广泛的潜在应用。
2020-08-06 physics.atom-ph
Coulomb-corrected quantum interference in above-threshold ionization: Working towards multi-trajectory electron holography
使用最近开发的库仑量子轨道强场近似(CQSFA),我们进行了系统的分析,在阈值以上电离(ATI)光电子角分辨分布(PAD),如旁瓣,和周期内和周期间的干扰模式遇到的几个功能。后者不仅包括著名的内旋回环和近阈扇形结构,而且还包括以前被忽视的模式。我们直接解释了库仑势如何扭曲不同类型的干扰轨迹并改变相应的相位差,并表明这些图案可以被视为由多达三种类型的轨迹形成的广义全息结构。我们还推导出分析干扰条件和估计有效的残留电位的存在或不存在,并评估文献中提供的库仑校正干扰条件的有效性范围。
2017-05-03 physics.atom-ph quant-ph
Subfemtosecond glory hologrammetry for vectorial optical waveform reconstruction
本文提出了一种新的方法来表征任意低能量激光脉冲的时间结构。这种方法是基于强场光电子全息与荣耀再散射效应的基本机制,在近向前的方向。利用亚飞秒辉光再散射过程作为快速时间门对未知光脉冲进行采样,从拖尾光电子动量谱中反演出含时矢量电场。我们的方法避免了具有挑战性的阿秒脉冲的生成或操作的任务,并在任意光学波形表征的重要进展。
2019-12-22 physics.atom-ph
Origin of high energy enhancement of photoelectron spectra in tunneling ionization
最近,在强库仑场隧穿电离区,通过数值求解含时薛定谔方程,发现了由于原子核库仑场引起的光电子谱的意外大增强[Phys.Rev.Lett. \textbf{117},243003(2016)]中的隧道电离直接电子的较高能量范围。我们用经典理论和基于连续电子的广义程函近似的库仑修正强场近似的量子理论,结合轨道的蒙特卡罗模拟,研究了这种增强的起源.虽然在小碰撞参量的碰撞中,量子效应产生了相对于经典预测的光谱的整体增强,高能量增强本身被示出为具有经典性质,并且是由于离激光场的峰值不远处释放的光电子的动量空间聚束。聚束是由一个大的和不均匀的,相对于电离时间,库仑动量转移在电离隧道出口。
2018-07-13 physics.atom-ph
Photoelectron Polarization Vortexes in Strong-Field Ionization
本文通过含时薛定谔方程数值解、自旋分辨强场近似和经典轨迹蒙特卡罗模拟,研究了强线偏振激光诱导的光电子自旋极化,发现动量分辨的自旋极化呈涡旋结构,源于束缚态自旋轨道耦合向连续态的转移,并验证了自旋极化电子全息术提取原子精细结构信息的可行性。
2024-02-19 physics.atom-ph quant-ph
Coulomb-corrected strong-field quantum trajectories beyond dipole approximation
强场光电子动量谱中的非偶极效应已在实验上得到证实[C.T.L. Smeenk等人,物理修订信函106,193002(2011); A. Ludwig等人,物理修订信函113,243001(2014)]。对于某些激光参数和光电子动量,发现光谱与激光传播方向相反地移动,而人们会天真地假设由于$\vec{v}\times\vec{B}$力引起的辐射压力总是在传播方向上推动电子。只有洛仑兹力和库仑力之间的相互作用才可能产生这种违反直觉的动力学。在这项工作中,我们计算的动量依赖的位移和对传播方向的扩展基于量子库仑修正的强场近似超越偶极子近似。一个半解析的治疗,其中磁和库仑力处理微扰,但同时再现的结果从运动方程的完整的数值解。
2017-08-01 physics.atom-ph quant-ph
Symmetries in 3D photoelectron momentum spectroscopy as precursory methods for dichroic and enantiosensitive measurements
本研究通过对比相反手性超快椭圆场电离原子靶的三维光电子角分布与模拟,发现并利用二向色性对称性校正了取向系统误差,该方法可推广到分子靶,为对映敏感信息的实验测量奠定了基础。
2024-06-20 physics.atom-ph physics.chem-ph
Strong-field ionization via high-order Coulomb corrected strong-field approximation
在一维问题的情况下,在隧道和多光子制度的原子或离子的激光诱导电离过程中的光电子动量分布的库仑修正的签名解析研究。采用高阶库仑修正的强场近似,将S矩阵中的精确连续态近似为程函库仑-沃尔科夫态,其中包含对程函的二阶修正。虽然,没有高阶校正,我们的理论与已知的分析R-矩阵(ARM)理论相吻合,我们提出了一个简化的程序的矩阵元素的推导。我们不是像ARM理论中那样将程函库仑-沃尔科夫波函数与束缚态相匹配以消除库仑奇异性,而是通过鞍点积分法计算矩阵元,即通过时间和坐标,以这种方式避免库仑奇异性。在光电子动量分布相对于ARM理论由于高阶修正的动量位移进行了分析隧道和多光子制度。讨论了量子修正与隧穿延迟时间的关系
2016-09-22 physics.atom-ph quant-ph
Gouy's Phase Anomaly in Electron Waves Produced by Strong-Field Ionization
线偏振强激光场电离原子产生圆柱对称的光电子动量分布,由于出射电子轨迹的干涉,光电子动量分布呈现调制。对于一个忠实的建模,它是必不可少的,包括以前忽略的相位跳时发生的轨迹通过焦点。这种相位跳跃在光学中称为古伊相位异常,在半经典理论中称为马斯洛夫相位。最重要的是,由于库仑聚焦在三维空间中,光电子全息中的两个轨迹中的一个在穿过动量空间中的对称轴时穿过焦点。此外,在二维中已经存在可观察到的马斯洛夫相。聚类算法使我们能够实现一个半经典模型与正确的指数前因子,影响每个轨迹的权重和相位。我们还推导出一个简单的规则来关联二维和三维模型。它解释了移动的干涉条纹和较弱的高能量产额在三维。所得结果与含时薛定谔方程的解非常吻合。
2019-11-28 physics.atom-ph
Collective-field-corrected strong field approximation for laser-irradiated metal clusters
强场近似(SFA)制定了所谓的“量子轨道”导致了很多深入了解强激光驱动的电离动力学。在普通SFA中,发射电子被视为单独在激光场中的自由电子。然而,随着改进的实验技术和更先进的数值模拟,它变得越来越明显,普通SFA错过有趣的效果,即使在定性水平。例子是全息旁瓣,低能量结构,在低动能的光电子谱的径向图案,和强烈旋转的角分布。由于这个原因,越来越多的努力,最近致力于库仑修正的SFA。在本文中,我们遵循类似的路线,但考虑金属团簇的电离。众所周知,来自团簇的光电子可以比从原子或小分子发射的光电子能量高得多,特别是如果引起膨胀团簇的米氏共振。我们开发了一个SFA,通过简单的刚性球模型考虑集群内的集体场。我们的方法是基于场校正的量子轨道,使加速过程(或任何其他感兴趣的光谱特征)可以详细研究。
2013-12-18 physics.atm-clus physics.atom-ph quant-ph
Holographic interferences in strong-field ionization beyond the dipole approximation: The influence of the peak and focal volume averaged laser intensity
在强场电离中,电子轨道之间的干涉在最终的动量分布中产生各种干涉结构。其中,直接驱动到检测器的电子路径之间的干扰和那些rescatter显着与母离子导致全息型干涉图案,近年来受到极大的关注。本文从实验和理论两方面研究了磁场分量对全息干涉图样的影响,这种影响是电偶极子近似之外的。通过量子轨道蒙特卡罗模拟分析了实验观察到的非偶极信号。我们提供的实验证明的不对称性的全息干涉图案和它的非均匀的光电子能量依赖性,以及沿激光场方向的全息型干涉图案的拓扑结构的变化的解释。的干涉功能的解析标度律推导,并确定其直接关系到的焦点体积平均激光强度,或峰值强度。特别地,后者提供了对焦点体积中的峰值强度的直接访问。
2019-06-25 physics.atom-ph
Influence of the Coulomb potential on above-threshold ionization: a quantum-orbit analysis beyond the strong-field approximation
我们进行了详细的分析,如何之间的相互作用的剩余结合势和强激光场的影响阈值以上电离(ATI),采用半解析,库仑校正强场近似(SFA),其中库仑势被纳入电子在连续介质中的传播。我们发现,库仑相互作用升降机的一些SFA轨迹的简并性,我们确定了一组轨道,足够高的光电子能量,可能与再散射。此外,通过与标准SFA进行直接比较,我们发现ATI谱中的几个特征可以追溯到库仑势对不同电子轨迹的影响。这些特征包括对比度的降低、干涉子结构向较低能量的转变以及光电子产率的总体增加。所有遇到的功能表现出非常好的协议与\emph{ab initio}解决方案的时间依赖的薛定谔方程。
2015-06-11 physics.atom-ph
Strong Field Approximation for Systems with Coulomb Interaction
本文提出了一个描述强电磁场中原子和离子阈上电离的理论。它是基于广为人知的强场近似,并采用复杂的经典轨迹的方法,包括光电子和核之间的库仑相互作用。该理论的一个中心结果是库仑校正的电离振幅,其评估需要很少的额外的数值工作。通过比较我们的预测与从头算数值解的结果,我们表明,新的理论提供了一个显着的改进库仑自由强场近似。对于椭圆极化场中阈上电离的情况,还与现有的实验数据进行了比较。
2008-03-13 physics.atom-ph
Interplay between Coulomb-focusing and non-dipole effects in strong-field ionization with elliptical polarization
研究了椭圆偏振中红外脉冲强场电离和重散射的长波长极限以外的偶极子近似。我们用速度图成像和层析重建测量了全三维光电子动量分布(3D PMD)。椭圆度相关的3D-PMD测量揭示了一个意想不到的尖锐,细线形的脊结构的偏振平面中的低动量光电子。与经典的轨道蒙特卡罗(CTMC)模拟和分析方法,我们确定了相关的电离动力学,这个尖锐的脊是由于库仑聚焦的慢电子的动量接近零。这个脊是母离子的库仑场如何影响电离电子波包的动量空间的不同部分的许多不同方式的另一个例子。基于对偏振模色散的这种新的理解,我们扩展了我们对激光束的磁场分量在超过偶极近似的长波长极限时所起作用的研究。在这个制度中,我们发现,PMD沿光束传播方向表现出椭圆度相关的不对称性:偏振模色散的投影到光束传播轴上的峰值从负值转移到正值随着椭圆度的增加。一旦椭圆率超过$\sim$ 0.1,这种转换就迅速发生。我们确定尖锐的,薄线形脊结构的偏振平面中的椭圆度相关的偏振模色散的不对称性在光束传播方向的起源。这些结果产生的强场电离过程的基本见解,并应增加依赖于这种技术,包括时间分辨全息和分子成像的新兴应用的精度。
2017-03-09 physics.atom-ph
Advanced momentum sampling and Maslov phases for a precise semiclassical model of strong-field ionization
本文通过引入 Maslov 相位与初始动量 Monte-Carlo 采样改进 CQSFA 强场电离模型,精确再现氢、氦、氩的 TDSe 结果并发现新型库仑驱动再散射轨迹。
2023-11-03 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Sub-cycle time-resolved nondipole dynamics in tunneling ionization
采用基于Klein-Gordon方程程函近似的相对论库仑修正强场近似(SFA),对椭圆偏振激光场中电子隧穿电离的非偶极动力学进行了理论研究.计算了准静态和非绝热状态下不同椭圆度激光场的attocock角分辨光阵面动量分布,并利用改进的Simpleman模型进行了分析。纵向和横向动量分量之间的非偶极相关性进行了检查。通过SFA计算的光电子动量分布相对于现有的实验结果,以及与改进的Simpleman模型的偏差进行了讨论和解释的非绝热以及库仑效应在连续和下的障碍。讨论了实验观测的有利前景。
2022-02-19 physics.atom-ph quant-ph
Above-threshold ionization with highly charged ions in super-strong laser fields: III. Spin effects and its dependence on laser polarization
研究了类氢高电荷态离子在线偏振和圆偏振激光场中强场电离隧穿过程中的自旋效应。分析了激光场的偏振对自旋效应的影响。自旋分辨微分电离率的计算采用相对论库仑校正强场近似(SFA)在以前的文件中的系列。自旋不对称性和自旋翻转概率的解析表达式,取决于激光的偏振,获得对应于隧穿概率的最大值的光电子动量。本文提出了一个描述隧道电离中自旋动力学的简单模型,它对自旋效应提供了一个直观的解释。自旋翻转被证明是实验上可观察到的,通过使用中等高度带电的离子与电荷的顺序为20和激光场的强度为$I\sim 10^{22}$ W/cm $^2$。
2018-07-03 physics.atom-ph quant-ph
Strong-field ionization of atoms with bright squeezed vacuum light
Peking University(北京大学);Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University(山西大学极端光学协同创新中心);Peking University Yangtze Delta Institute of Optoelectronics(北京大学长三角光电科学研究院)
研究利用明亮压缩真空光驱动氙原子强场离子化,揭示量子波动诱导的相干保护机制,确立压缩真空光作为有效相干滤波器的新领域。
2026-04-08 physics.atom-ph quant-ph