激光控制小分子光缔合反应的理论方法研究

The laser assisted photoassociation reactions for ultracold diatomic system （A+B→AB） and ultrafast triatomic system （A+BC→ABC） are studied using time-dependent quantum wave packet method. The model for ultracold diatomic photoassociation is improved and the theoretical framework for ultrafast triatomic photoassociation is constructed respectively. The photoassociation probability and the reaction rate are calculated. The time-evolution pictures of the association dynamics are depicted. Based on the pulse shaping technology and the stimulated Raman adiabatic passage principle, the association process of ultracold colliding atoms is steered. The most efficient photoassociation passage is sought by optimizing laser pulse parameters. For triatomic system, optimized pulse driven scheme is founded to form directly a molecule in the excited or ground rovibrational state of the ground electronic potential energy surface. These investigations can not only to simulate, interpret and predict the latest experiments but also provide valuable information for experimental researchers.

采用含时量子波包方法研究激光控制下的双原子体系超冷光缔合（A+B→AB）反应和三原子体系超快光缔合（A+BC→ABC）反应。完善双原子体系超冷光缔合理论模型，并建立三原子体系超快光缔合理论研究方案。计算光缔合几率和反应速率，描绘缔合动力学过程的物理图像。利用啁啾脉冲技术和绝热拉曼光缔合的方法，控制超冷原子碰撞缔合过程，优化脉冲参数，寻找最佳光缔合通道，实现产生束缚分子的最大布居转移；针对三原子体系，寻找在基态势能面上直接产生振转激发态或者基态分子的脉冲驱动方案。通过本项目的研究，能够对最新的光缔合实验进行模拟、解释和预测，可为实验工作者提供有价值的参考。

激光控制分子的缔合反应不仅是制备超冷分子和特殊分子的重要手段，同时也在化学反应的相干控制领域起着重要的作用。但是当前有关分子的光缔合反应研究仅限于简单的双原子分子，并且大多采用降低维度近似。据此，本项目完善了激光控制双原子分子光缔合反应的理论模型并建立了三原子分子光缔合反应的理论框架，发展了全维度量子力学计算方法，编写了相应的数值计算程序包，分别以Na+H→NaH和H++H2→H3+反应为例做了反应动力学模拟。对于NaH分子，建立了双色光场下“泵浦-抽运”的光缔合方案，计算了中间络合物处在不同电子态的几率和最终反应物产率，通过不断调整脉冲参数实现了NaH分子从弱束缚到深束缚的最大布居转移。对于H3+分子，实现了基态势能面上单色光缔合反应动力学模拟，利用电子态存活几率来判断生成物产率，通过波包的时间演化揭示了光缔合过程的物理图像。上述工作为进一步研究三原子分子化学反应的相干调控奠定了坚实基础。. 另外，在该项目的资助下，我们对光缔合反应的逆过程——光解离反应也开展了一些研究。针对NaI分子的预解离反应，建立了一种泵浦控制方案来实现对不同反应通道反应产率的相干调控。在H2+分子的强场光解离动力学中发现了光诱导锥形交叉引起的几何相位效应。上述研究丰富了强场与分子相互作用的物理现象，并可为小分子化学反应的相干调控提供新的思路。