[發明專利]一種基于光電子全息成像探測原子結構的方法

在審

• 申請號: 201511000673.8
• 申請日: 2015-12-25
• 公開（公告）號: CN105548092A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 周月明;陸培祥;何明睿
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春

技術領域

本發明屬于強場激光與原子或分子相互作用領域，更具體地，涉及一種 基于光電子全息成像探測原子結構的方法。

背景技術

原子散射振幅是原子分子物理的一個基本物理參數。通常，人們利用 電子束去撞擊原子，然后從散射的電子譜提取散射振幅的信息。這樣測量 到的信息是散射振幅的幅值。我們知道，散射振幅是一個復數，它既有幅 值，同時還有相位。要測量散射振幅的相位，需要兩個相干的電子束。一 束電子與原子不發生作用直接到達探測器，另一束電子被原子散射后到達 探測器。這樣探測的電子譜中會出現干涉結構。從這些干涉結構中能夠提 取原子散射振幅的相位信息。這種探測相位的原理非常簡單，但是在實驗 上卻很難實現。因為很難產生兩束完全相干、電子密度足夠大并且能夠任 意控制的電子束。

強場激光與原子或分子相互作用，會使原子或分子電離。電離的電子， 有一部分能夠直接到達探測器，這些電子叫做直接電子。另外一些電子在激 光電場的作用下做振蕩運動，能夠返回來，與母離子發生碰撞，這些返回來 的電子就叫做散射電子。這部分返回來發生碰撞的電子與傳統的電子散射 試驗中的電子束一樣，攜帶了原子散射振幅的信息。同時由于直接電子和散 射電子是完全相干的，因此，最后探測到的電子譜會呈現干涉結構。2011年， 發表在《Science》上的一篇文章報道了這種干涉結構。這種干涉結構跟Gabor 提出來的光學全息成像的物理過程一樣，直接電子作為參考波，散射電子作 為信號波。因此人們把這種干涉結構叫做強場光電子全息圖。人們知道，這 種全息圖中包好了原子的結構信息。但是，如何利用這種全息圖，探測原子 散射振幅的信息，還是一個未解決的問題。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提供了一種基于光電子全息成像探測原 子結構的方法，目的在于利用強場電離的光電子全息成像的方法，通過分析 測量到的光電子全息圖，探測原子散射振幅的相位信息。

本發明提供了一種基于光電子全息成像探測原子結構的方法，包括下 述步驟：

(1)通過中紅外波段線偏振飛秒激光與待探測的原子作用激發原子電 離；并獲取原子的二維光電子動量譜；

在所述二維光電子動量譜中，垂直于激光偏振方向上具有前向散射電子 與直接電子之間產生的全息干涉結構；

(2)利用移動平均法濾除所述二維光電子動量譜中平行于激光偏振方向的干涉結構，獲得垂直于激光偏振方向的全息干涉結構

(3)對所述垂直于激光偏振方向的全息干涉結構進行歸一化處理后獲 得全息干涉結構附加相位cosΔφ_TDSE；

(4)根據所述全息干涉結構附加相位cosΔφ_TDSE和公式計算原子散射振幅的相位α；

其中，k_⊥為垂直激光偏振方向的動量，t_r為散射電子的碰撞時間，t_i為散 射電子的電離時間。

更進一步地，在步驟(1)中，利用冷靶反沖粒子動量成像譜儀或粒子 速度影像儀獲取原子的二維光電子動量譜。

更進一步地，步驟(3)具體為：

獲得垂直于激光偏振方向的全息干涉結構曲線的極大值、極小值，并采 用高斯函數進行擬合，得到附加的高斯包絡；

將垂直于激光偏振方向的全息干涉結構除以高斯包絡后，并對其進行 歸一化：即除以再次進行高斯函數擬合所得的g(k_⊥)，獲得所述全息干涉結 構附加相位cosΔφ_TDSE。

通過本發明所構思的以上技術方案，與現有技術相比，由于將強場電離 產生的全息干涉結構與提取原子結構信息相結合，分析提取出干涉結構中 包含的原子結構信息；能夠獲得不易從實驗中提取的原子散射振幅相位項 這一原子結構固有信息，從而獲得對原子結構更加全面清晰的認識。對以后 更進一步地研究量子力學中的散射現象及粒子結構有幫助。本發明能夠達 到獲取原子和分子物理中重要的固有信息：原子的散射振幅這一有益效果。

附圖說明

圖1為本發明提供的基于光電子全息成像探測原子結構的方法的實現 流程圖；

圖2為本發明第一實施例的工作原理圖。(a)激光脈沖電場圖；(b)電 離電子運動軌跡示意圖；(c)光電子動量譜中的干涉條紋，即為全息結構。