高频激光场中的非线性康普顿散射过程

By using the frequency-domain theory based on the non-perturbative quantum electrodynamic method, we study the nonlinear Compton scattering processes of high-frequency photons with bound electron in atoms in high-frequency laser fields. With the experiences on study of high-order harmonic generation, nonsequentail double ionization and above-threshold ionization in strong laser fields, we will develop the frequency-domain theory, and study the following topics:1. Develop the frequency-domain theory on nonlinear Compton scattering of a bound electron in an atom in high-frequency laser fields; 2. Investigate the double-photon nonlinear Compton scattering of high-frequency photons with different atoms, simulate the experimental results obtained recently, and explain the photon-enery redshift phenomena in the Compton scattering processes observe in recent experiments; 3.Study nonlinear Compton scattering processes by using two-color laser fields. With the assistance of the low-frequency laser on ionization and acceleration of the ionized electron, we may control the Compton scattering probability and provide theoretial proposal for new laser sources with high-energy photons.

我们将发展基于非微扰量子电动力学基础上的频域理论，研究在高频激光场中原子的束缚电子与高频光子发生非线性康普顿散射过程。在原来频域理论处理高次谐波、非序列电离及阈上电离的基础上，我们将进一步拓展这一理论，研究以下内容：1.推导和建立高频激光场中原子的束缚电子与光子发现非线性康普顿散射并发生电离过程的跃迁理论；2.利用得到的非线性康普顿散射频域理论研究不同原子中束缚电子与光子的康普顿散射，并从理论上解释最近实验上观测到的双光子康普顿散射中新光子能量的红移现象；3.利用双色激光场考察非线性康普顿散射过程，其中利用低频场的辅助电离及它对电离电子的加速作用，控制非线性康普顿散射的几率，为实现新的更高频强光光源提供理论方案。

我们在多年进行强激光场与原子和分子研究的基础上，进一步发展全量子力学的频域方法，取得以下一系列研究成果：（1）发展基于非微扰量子电动力学的强场频域理论，建立了强激光场束缚态电子康普顿散射过程的全量子频域理论方法。在理论上证明了相关实验发现的非线性康普顿散射红移现象的存在，并给出该现象的物理解释，解决了这一问题在理论结果上的争议。（2）研究利用分子在激光场中的电离谱对分子结构成像的方法。提出利用红外和深紫外双色激光场拓展复杂分子电离谱宽度，从而获取分子结构信息可行性方案。该方法为复杂分子成像提供新思路；另外，我们利用该方法考察了两种不同几何结构的分子离子在激光场中的直接阈上电离（ATI）过程。发现双色激光场的电离谱可以分辨分子的不同几何结构。（3）自主研发了处理双电子电离过程的B样条理论方法，考察氦原子的双电子电离过程。我们发现对于激光光子能量在氦离子的电离能附近的激光场，氦原子的双光子双电离过程存在一个原子内在体系的特征时间—当激光脉冲宽度小于这个特征时间时，双电子能量谱呈现单峰的分布；当激光脉冲宽度大于这个特征时间时，双电子能谱呈现双峰的分布。我们进一步发现这个特征时间与双电子间库伦相互作用能满足测不准关系，我们首次将这一能量-时间关系命名为动力学过程的不确定关系。（4）发展非微扰量子电动力学理论,考察多电子原子在双色激光场中的碰撞-激发非序列电离的过程,发现相干条纹带有原子及相应离子的阈上电离谱的结构信息.我们提出利用双色光的双电离谱探测原子及相应离子的阈上电离谱结构的理论方案。（5）利用频域理论我们考察了IR+XUV正交偏振双色激光场中原子的阈上电离过程。发现在角分辨ATI谱的每个平台上都存在一个凹陷结构，该凹陷结构的出现与XUV激光场直接相关。（6）理论研究准直氧分子在激光场中的高次谐波谱对激光偏振方向的依赖关系, 并给出谐波谱上最小值的形成机制。