负离子的光剥离及高激发态的原子在强场和表面附近光电离的研究是原子分子物理学的前沿领域,是研究半经典理论和量子混沌学的典型实例。在已有的理论研究中,人们主要研究的是氢负离子和氢原子在外场及金属面附近的光剥离和光电离问题,对于氢负离子和氢原子在电介质表面附近光剥离和光电离的研究,研究报道还比较少。随着半经典理论的发展,光剥离和光电离显微成像作为一种可在宏观尺度上观测波函数振荡结构的成像技术在理论方面已经有了相对成熟的研究,同时在实验方面光剥离、光电离显微镜也有相关的研究。当用一束激光照射负离子或原子时,电子吸收能量后从基态跃迁到高激发态,并且以电子波的形式向外传播,在外场或表面的作用下,电子将沿不同的运动轨迹到达探测平面上一点,电子波之间的相互干涉使得探测平面上呈现出振荡结构的干涉图样。本文主要利用半经典理论结合静电成像的方法研究了电介质球面对氢负离子光剥离、电介质平面和磁场对氢原子光电离显微成像的影响。利用半经典理论研究负离子及高激发态原子在表面附近的光剥离或光电离的问题,不仅对丰富和发展理论本身意义重大,而且在等离子体物理、离子囚禁、光电离显微镜的设计和研发等高科技领域有重要应用前景。论文研究主要包括三个方面:1.利用半经典闭合轨道理论结合静电成像的方法,研究了电介质球面附近氢负离子的光剥离问题。首先分析了氢负离子在电介质球面中的镜像电荷分布,然后给出了体系的哈密顿量。通过求解哈密顿正则方程然后寻找剥离电子的闭合轨道,计算闭合轨道经典作用量、周期,推导光剥离截面。最后分析不同电介质球面对光剥离截面振荡结构的影响。研究结果表明,电介质球面附近的氢负离子随入射光子能量增加光剥离截面的振荡振幅减小,随电介质常数增大光剥离截面的振荡增强,同时振荡能量区间增大。2.利用半经典开轨道理论,研究了电介质平面对氢原子光电离显微的影响。首先,建立电介质平面附近氢原子及其镜像电荷分布的物理模型。通过标度变换和坐标变换给出了电介质平面附近高激发态氢原子的哈密顿量。然后采用数值计算模拟电子运动轨道,并且对到达探测面上的电子的几率密度分布进行了计算和分析。最后通过改变电介质常数、体系的标度能来实现对氢原子光电离显微的调控研究。研究发现,同一电介质面附近,随着标度能增加,探测面上出现更多种类型的电子轨道,并且电子几率密度表现出更多复杂的振荡结构。在同一标度能下,电介质常数也对探测面上的电子几率密度有明显影响。随电介质常数增加,探测面上波函数的混沌现象开始出现,并且出现更多类型的电子轨道,这些轨道使得电子几率密度分布结构变得复杂。3.研究了磁场对电介质平面附近氢原子光电离显微成像的调控。首先对光电离电子在电介质面和磁场共同存在时的动力学性质进行了研究,利用静电成像的方法,给出了体系的哈密顿量。通过求解哈密顿正则方程,找到了到达探测平面上一点的电子的运动轨迹。借助于半经典理论,推导出了电子几率密度的计算公式,并且对电子几率密度的振荡结构进行了计算和分析。重点探讨了磁场对电介质平面附近氢原子光电离显微的影响,并将计算结果与无磁场情况下电介质面附近的光电离显微成像进行了比较。随后改变磁场强度、标度能、电介质常数进一步研究激发电子在探测面上几率密度径向分布的振荡规律。研究发现,对于一个给定的电介质表面,随着磁场强度的增加,探测面上干涉图案的变化分为两个过程。首先,当磁场强度小于中间值时,随着磁场强度的增加,探测面上轨道数目减少,当磁场强度等于中间值时,探测面电子几率密度只出现直接轨道的振荡结构,几率密度振荡很弱。然后,当磁场强度大于中间值时,随磁场强度增加,激发的电子将出现更复杂的非直接轨道,同时探测面上电子几率密度的振荡增强。在给定标度能和磁场强度的情况下,电介质面的介电常数也可以影响到检测平面上的电子概率密度分布。随着介电常数的增加,探测面上电子几率密度的扰动现象消失,电子非直接轨道数目减少,使电子密度分布的振荡结构变得简单。通过本文的研究可以更明确电介质面对氢负离子光剥离、氢原子光电离显微成像的影响,进一步加深人们对负离子在电介质表面附近光剥离及高激发态原子在电介质表面附近光电离显微的认识,同时为原子或离子在表面附近的光电离和光剥离显微镜的实验开发和应用提供一定的参考依据和理论指导。本文共分为五章。第一章引言,主要介绍了半经典理论、国内外研究现状和选题意义以及本文创新点。第二章利用镜像法和半经典闭合轨道理论研究了电介质球面对氢负离子光剥离的影响。第三章应用半经典开轨道理论研究了氢原子在电介质平面附近的光电离显微成像。第四章为外加磁场情况下氢原子在电介质平面附近的光电离显微的调控研究。第五章对给出了本论文的结论以及对相关研究的展望。