本書以超冷銫原子光締合、高溫鎂原子光締合和大溫度范圍內(nèi)碘化鈉分子定向?yàn)槔?，介紹了熱平均效應(yīng)對雙原子體系光締合及定向動(dòng)力學(xué)的影響。全書共6章，第1章概括介紹雙原子體系光締合及定向動(dòng)力學(xué)光物理化學(xué)現(xiàn)象研究背景；第2章介紹雙原子體系的定態(tài)薛定諤方程和動(dòng)力學(xué)方程，以及隨機(jī)相位波包方法的基本理論；第3章介紹超冷溫度下，能量本征態(tài)的熱平均效應(yīng)對銫原子光締合概率的影響；第4章介紹使用全維隨機(jī)相位波包方法研究初始態(tài)熱平均效應(yīng)對高溫鎂原子光締合的影響；第5章是在第4章的基礎(chǔ)上，介紹熱平均效應(yīng)下，鎂原子光締合過程中，多種躍遷路徑對布居轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)的影響；第6章使用全維隨機(jī)相位波包方法分析了不同初始溫度對單周期太赫茲脈沖實(shí)現(xiàn)碘化鈉分子定向的影響。
本書可供原子與分子物理相關(guān)專業(yè)師生使用，也可供相關(guān)科研人員參考。

胡晉偉，博士畢業(yè)于大連理工大學(xué)，山西工程科技職業(yè)大學(xué)講師，長期從事原子領(lǐng)域科研與教學(xué)工作，參與多項(xiàng)國家和省級科研項(xiàng)目。目前正在參與一項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，主持一項(xiàng)山西省高等學(xué)校科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目。發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文是十余篇。在教學(xué)方面，始終秉持立德樹人、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、啟迪智慧的教育理念，致力于科研與教學(xué)的雙向發(fā)展。

激光場與物質(zhì)相互作用是原子與分子物理中一個(gè)非常重要的研究領(lǐng)域。激光具有相干性強(qiáng)、能流密度高、脈沖持續(xù)時(shí)間短、波形可控等特點(diǎn)，研究激光與原子分子相互作用，有助于實(shí)現(xiàn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)精密探測，以及發(fā)現(xiàn)新奇物理化學(xué)現(xiàn)象，也有助于實(shí)現(xiàn)對物質(zhì)量子態(tài)或化學(xué)反應(yīng)的精確調(diào)控。在激光的作用下，原子分子會(huì)發(fā)生多種光物理化學(xué)現(xiàn)象，其中光締合和分子定向就是兩種重要的現(xiàn)象。
得益于激光的相干性，兩個(gè)碰撞原子可以在激光誘導(dǎo)下，通過受激輻射或者吸收結(jié)合成分子，這個(gè)過程被稱為光締合。它涉及從散射連續(xù)態(tài)到束縛態(tài)，從淺束縛態(tài)到深束縛態(tài)的躍遷過程。光締合也可以理解為光解離(激光誘導(dǎo)分子斷鍵)的逆過程，即離散原子體系在激光作用下形成穩(wěn)定化學(xué)鍵的過程。因此，光締合在實(shí)現(xiàn)冷分子制備、相干控制化學(xué)成鍵、可控化學(xué)反應(yīng)等方面有重要意義。
由于激光具有特定的偏振方向，因此，在其作用下，原本空間分布雜亂無章的分子，其某一特征矢量(如永久偶極矩)會(huì)指向空間特定方向，這就是分子定向。簡單來說，分子定向會(huì)導(dǎo)致大量分子同時(shí)具有相同的空間指向性，直接影響分子在激光場中進(jìn)一步的動(dòng)力學(xué)行為(如電離、解離、輻射等)，也會(huì)直接影響分子與其他原子分子或微納結(jié)構(gòu)的散射動(dòng)力學(xué)(如產(chǎn)物分支比、產(chǎn)物角分布等)。因此，激光誘導(dǎo)分子定向在量子調(diào)控、強(qiáng)場物理、立體化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等方面都有重要意義。
此外，原子分子的內(nèi)能分布狀態(tài)(振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng))會(huì)隨體系溫度發(fā)生明顯變化，直接影響激光與原子分子相互作用過程。因此，研究熱平均效應(yīng)對激光與原子分子相互作用的影響是一個(gè)重要的課題。
本書是基于筆者攻讀博士期間所獲科研成果以及近期研究工作整理而成的。感謝國家自然科學(xué)基金、山西省高等學(xué)校科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(2023L419)對本書內(nèi)容相關(guān)科研工作的資助。
限于筆者水平，書中不足之處在所難免，敬請讀者批評指正。

山西工程科技職業(yè)大學(xué)
胡晉偉

第1章 緒論 001
1.1 光締合研究背景 003
1.2 分子定向研究背景 007
1.3 隨機(jī)相位波包方法簡介 010
1.4 本書主要內(nèi)容 011 

第2章 雙原子體系光締合及分子定向理論 013
2.1 雙原子體系的定態(tài)薛定諤方程 015
2.2 雙原子體系與激光場相互作用的動(dòng)力學(xué)方程 017
2.2.1 傅里葉網(wǎng)格哈密頓方法 018
2.2.2 映射傅里葉網(wǎng)格方法 021
2.2.3 分裂算符法 024
2.2.4 切比雪夫多項(xiàng)式展開法 025
2.3 激光場在時(shí)頻域中的轉(zhuǎn)換 026
2.4 系綜理論 028
2.5 熱平衡系綜的量子動(dòng)力學(xué)描述 033
2.5.1 格點(diǎn)基組隨機(jī)相位波包方法 035
2.5.2 本征函數(shù)基組隨機(jī)相位波包方法 036
2.5.3 自由演化高斯函數(shù)隨機(jī)相位波包方法 037
2.5.4 全維隨機(jī)相位波包方法(本征函數(shù)基組) 038

第3章 初始態(tài)熱平均效應(yīng)對超冷銫原子光締合的影響 041
3.1 銫原子光締合理論 044
3.1.1 兩態(tài)模型 044
3.1.2 初始態(tài)的熱平均效應(yīng) 046
3.2 熱平均效應(yīng)下的銫原子光締合 047
3.3 本章小結(jié) 056

第4章 初始態(tài)熱平均效應(yīng)對高溫鎂原子光締合的影響 057
4.1 鎂原子光締合理論 060
4.1.1 五態(tài)模型 060
4.1.2 計(jì)算(1)1Πg電子態(tài)上布居的方法 062
4.2 熱平均效應(yīng)下的鎂原子光締合 065
4.2.1 初始態(tài)組分只包含連續(xù)態(tài) 065
4.2.2 初始態(tài)組分包含束縛態(tài)和連續(xù)態(tài) 070
4.2.3 光締合過程中的轉(zhuǎn)動(dòng)相干 072
4.3 本章小結(jié) 075

第5章 鎂原子光締合中布居轉(zhuǎn)移的多路徑動(dòng)力學(xué)機(jī)制 077
5.1 鎂原子體系五態(tài)模型理論 081
5.2 多路徑動(dòng)力學(xué)機(jī)制 083
5.3 本章小結(jié) 088

第6章 熱平均效應(yīng)對大溫度范圍內(nèi)碘化鈉分子場后定向的影響 089
6.1 碘化鈉分子定向動(dòng)力學(xué)理論 091
6.2 熱平均效應(yīng)下的碘化鈉分子定向動(dòng)力學(xué) 094
6.3 本章小結(jié) 100

附錄 原子與分子物理常用單位及其換算 105

參考文獻(xiàn) 111