激光场辅助下扭曲电子束与水分子(e,2e)电离过程的角分布理论研究

本文系统研究了激光场辅助下平面波与扭曲电子束（TEB）轰击水分子（H2O）的单电离过程（(e,2e)过程）。通过第一玻恩近似与线性组合原子轨道（LCAO）方法，揭示了激光偏振方向（?0∥ki、?0∥Δ、?0⊥Δ）对三重微分截面（TDCS）角分布的显著调控作用，为辐射治疗与行星大气研究提供了理论支撑。

　　

Highlight

本研究首次报道了激光场辅助下平面波与扭曲电子束（TEB）对水分子（H₂O）的(e,2e)过程理论分析。通过Volkov波函数描述入射/散射电子，Coulomb–Volkov波函数描述出射电子，结合LCAO方法构建分子轨道，系统揭示了不同激光偏振方向对三重微分截面（TDCS）角分布的影响机制。

Results and discussions

我们展示了共面非对称几何下平面波（PW）与扭曲电子束（TEB）对水分子外轨道（1b₁、3a₁、1b₂、2a₁）电离的TDCS结果。Dhankhar等人[53]曾对平面波情形进行实验验证，本研究进一步引入外场激光效应，发现：

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  激光偏振平行于动量转移（?₀∥Δ）时TDCS幅值最大
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  p型轨道仅出现反冲峰，s型轨道呈现双峰（反冲+二进制峰）
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  TEB作用下所有偏振方向均出现前向与后向双峰结构
  这些现象揭示了激光场与电子轨道角动量（OAM）的耦合效应对电离过程的深度调控。

Conclusion

本研究通过第一玻恩近似框架，系统分析了激光场辅助下平面波与扭曲电子束对水分子的(e,2e)过程。结果表明：

1. 1.
   激光偏振方向显著影响TDCS的角分布与峰值结构
2. 2.
   扭曲电子束的轨道角动量（OAM）与开角（θ_p）引入新的电离通道
3. 3.
   分子轨道特性（s/p型）与激光参数共同决定峰位与强度
   该工作为辐射损伤机制、量子态操控及行星大气电离研究提供了重要理论依据。