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碘化鈉分子定向為例，介紹了熱平均效應對雙原子體系光締合及定向動力學的影響。全書共6章，第1章概括介紹雙原子體系光締合及定向動力學光物理化學現象研究背景；第2章介紹雙原子體系的定態薛定諤方程和動力學方程，以及隨機相位波包方法的基本理論；第3章介紹超冷溫度下，能量本征態的熱平均效應對銫原子光締合概率的影響；第4章介紹使用全維隨機相位波包方法研究初始態熱平均效應對高溫鎂原子光締合的影響；第5章是在第4章的基礎上，介紹熱平均效應下，鎂原子光締合過程中，多種躍遷路徑對布居轉移動力學的影響；第6章使用全維隨機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現碘化鈉分子定向的影響。
本書可供原子與分子物理相關專業師生使用，也可供相關科研人員參考。

胡晉偉，博士畢業于大連理工大學，山西工程科技職業大學講師，長期從事原子領域科研與教學工作，參與多項國家和省級科研項目。目前正在參與一項國家自然科學基金項目，主持一項山西省高等學校科技創新計劃項目。發表相關學術論文是十余篇。在教學方面，始終秉持立德樹人、嚴謹治學、啟迪智慧的教育理念，致力于科研與教學的雙向發展。

激光場與物質相互作用是原子與分子物理中一個非常重要的研究領域。激光具有相干性強、能流密度高、脈沖持續時間短、波形可控等特點，研究激光與原子分子相互作用，有助于實現物質結構精密探測，以及發現新奇物理化學現象，也有助于實現對物質量子態或化學反應的精確調控。在激光的作用下，原子分子會發生多種光物理化學現象，其中光締合和分子定向就是兩種重要的現象。
得益于激光的相干性，兩個碰撞原子可以在激光誘導下，通過受激輻射或者吸收結合成分子，這個過程被稱為光締合。它涉及從散射連續態到束縛態，從淺束縛態到深束縛態的躍遷過程。光締合也可以理解為光解離(激光誘導分子斷鍵)的逆過程，即離散原子體系在激光作用下形成穩定化學鍵的過程。因此，光締合在實現冷分子制備、相干控制化學成鍵、可控化學反應等方面有重要意義。
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)會指向空間特定方向，這就是分子定向。簡單來說，分子定向會導致大量分子同時具有相同的空間指向性，直接影響分子在激光場中進一步的動力學行為(如電離、解離、輻射等)，也會直接影響分子與其他原子分子或微納結構的散射動力學(如產物分支比、產物角分布等)。因此，激光誘導分子定向在量子調控、強場物理、立體化學反應動力學等方面都有重要意義。
此外，原子分子的內能分布狀態(振動、轉動)會隨體系溫度發生明顯變化，直接影響激光與原子分子相互作用過程。因此，研究熱平均效應對激光與原子分子相互作用的影響是一個重要的課題。
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。感謝國家自然科學基金、山西省高等學校科技創新計劃項目(2023L419)對本書內容相關科研工作的資助。
限于筆者水平，書中不足之處在所難免，敬請讀者批評指正。

山西工程科技職業大學
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 隨機相位波包方法簡介 010
1.4 本書主要內容 011 

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

第3章 初始態熱平均效應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 兩態模型 044
3.1.2 初始態的熱平均效應 046
3.2 熱平均效應下的銫原子光締合 047
3.3 本章小結 056

第4章 初始態熱平均效應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 五態模型 060
4.1.2 計算(1)1Πg電子態上布居的方法 062
4.2 熱平均效應下的鎂原子光締合 065
4.2.1 初始態組分只包含連續態 065
4.2.2 初始態組分包含束縛態和連續態 070
4.2.3 光締合過程中的轉動相干 072
4.3 本章小結 075

第5章 鎂原子光締合中布居轉移的多路徑動力學機制 077
5.1 鎂原子體系五態模型理論 081
5.2 多路徑動力學機制 083
5.3 本章小結 088

第6章 熱平均效應對大溫度范圍內碘化鈉分子場后定向的影響 089
6.1 碘化鈉分子定向動力學理論 091
6.2 熱平均效應下的碘化鈉分子定向動力學 094
6.3 本章小結 100

附錄 原子與分子物理常用單位及其換算 105

參考文獻 111