基于分子物理学的静电激光复合场取向问题研究

段程天

摘 要：本文通过将激光场与静电场复合进行基态CO分子的取向研究，讨论了激光场的长、短脉冲下的绝热作用以及非绝热作用。通过计算结果表明，对于基态的CO分子在静电场与激光场复合的过程中会产生隧道对能级耦合作用，这种作用会使得基态CO分子的取向大大增强，在绝热的情况下，即便是较弱的静电场与激光场复合都会得到较好的取向效果；在非绝热的情况，分子取向效果同样也可以很好的获得，并且这种取向还会周期性的重现，最后进一步分析了激光场与静电场强度以及温度对于取向度的影响情况。

关键词：基态CO分子；取向；复合场

中图分类号：O561 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）03-0240-01

长期以来对于转动常数较小以及偶极距较大的分子的研究是获得较高的空间取向度的必然选择。在本文当中，通过利用物理学的静电和激光相耦合的方法进行分子物理学的取向问题研究，经过研究表明利用这种复合场的方法可以大大增强基态的一氧化碳分子的取向度。并且还可以实现两种模式，即绝热和非绝热两种模式。绝热模式可以实现较大的分子取向，而非绝热模式则可以实现取向的周期性再现过程，通过对这两种模式的研究为进一步的应用研究以及实验等分子复合场取向提供了理论依据与参考。

1 理论

分子与复合场之间的关系是通过Hamilton量相互作用的，其表达式可以写为其中，B—转动常数；J—分子总角动量算符；—夹角；—分子各向异性极化率。对于绝热态的作用可以视为激光脉冲强度足够大，非绝热的情况可以视为激光脉冲半高全线宽不大于转动周期的情况，这是可以最终获得分子取向随着时间的变化而发生变化的演化关系情况。

在复合作用过程中，会产生一个双阱势，产生它以后被束缚在双阱势中的分子这时的摆动态就将以隧道对的形式出现。相反的宇称也会在这样的隧道对中出现，而且其强度会随着激光的强度增强而增强。静电场与激光场的复合会最终使得能级分裂的量子出现取向相反的情况，这也就造成了较弱的静电场由于强激光场的作用最终出现较大的分子取向[1]。

2 结果与分析

通过上面的分析，激光与分子的复合存在着两种模式，通过对两种模式下的复合场取向进行研究。在绝热的情况下将静电场加入到复合场中去，并且认为分子转动周期是远远小于激光的脉冲渡越时间的，在这种情况下一般会称其为绝热作用过程。电场的加入使得强激光场下产生的隧道对向着相反的方向分裂，并且能级在复合场下的变化还是相当的大的。通过相关的理论计算，分子轴的取向会由于能记得变化而因此加剧[3]。分子轴取向度会随着电场的强度的增加而增加，即便是电场的强度比较小，但是这种分子取向的变化却是非常的大，在达到一个定值之后这种增加将趋向于饱和，单独的电场是难以获得较大取向的，可是一旦参有激光场就会不同，因为激光场的加入会使得分子的态产生隧道对，这就使得即便是较弱的静电场也会引起取向度的较大程度变化。

综合以上的分析可以发现隧道对的两个态都会受到复合场中两个场的影响而增大的情况，并且这两个取向的方向是相反的，这样的结果最终势必会引起分子整个体系的取向度的变化。

接下来将静电场在绝热情况下加入，来研究激光脉冲宽不大于转动周期的基态一氧化碳分子的取向度情况，虽然这种情况是在绝热情况下将静电加入的但还是复合场分子的非绝热作用。之前有研究者进行过相关方面的研究，但归结起来只是考虑了单激光场的作用，而在这里我们进行复合场对基态一氧化碳分子的取向研究。通过计算以后发现，这种情况下不但具备对取向增强的效果还能够实现取向随时间周期的重现。

在非绝热作用下的复合场中，取向度受到来自于温度的影响依然是很大的，这种影响可以从下文中能够发现。在5K这个温度下的时候，取向度的大小只不过是低于0.2的水平，可是随着温度不断的升高，分子的取向度却发生急剧的降低，伴随着的是取向峰值之间的间距却在不断地变宽[2]。

在进行分析的过程中，复合场是由激光与静电场复合而成，为了取得较好的复合效果，需要控制好激光场的强度。在计算的过程中，我们选取的是刚性转子的模型，利用这种模型如果激光的强度太强就会使得分子的取向出现饱和甚至是下降的状况，这样以来刚性转子因为没有考虑到振动会出现较大的偏差，为此需要研究分子的取向度值随着激光强度的变化影响情况。

在非绝热的情况下，需要考虑取向度值受到静电场的强度的影响。在文中示出了分子取向度值随着静电场值增大的变化情况，可以发现是随着其变大而增大的。在温度选为5K时，这种趋势最后会变为饱和状态。但是也并不是静电场强度越大越好，而是要考虑到实验的装置水平以及选用的模型的使用程度等因素。

3 结语

通过以上的研究表明，基态CO分子在复合场作用下，由于產生的隧道对的能级耦合效应会使得其取向度值大大高于单独静电场时的值。如果是长脉冲激光与静电场复合，即使静电场很弱也能够产生很大的取向度。而如果是短脉冲激光与静电场耦合，这种情况只有在脉冲宽度与分子转动周期相当时才可以获得较大的分子取向度，除此之外，这样的分子取向还会周期性的重现。通过对温度对分子取向度的影响的研究发现，温度的影响是很大的，这也就指出了复合场取向实验的建立在冷分子的基础上建立起来的。最后在研究复合场中激光和静电场强度对分子取向的研究时发现，分子取向值会随着二者强度的增强最终趋于饱和。以上这些研究成果为今后进行相关方面的研究提供了理论依据，具有较好的指导意义。

参考文献

[1]罗琴，宋晓书.外电场作用下的CO分子特性研究[J].西南大学学报（自然科学版），2010（8）.53-55.

[2]宣丽，乌日娜，彭增辉.摩擦处理的取向膜表面液晶分子取向度[J].中国科学，2002（5）：590-594.