低于电离阈值高次谐波谱的理论研究

High-order harmonic generation (HHG) is a fundamental process in strong field physics. It is one of the most important means to generate attosecond pulses. In the past several decades, most of the research has been emphasized on the plateau cutoff region of HHG, where the three-step model and strong field approximation can give an adequate description. In the last few years, several groups have paid attention to the HHG region near or below the ionization potential since the HHG spectra can be a wonderful VUV light source or can be used for frequency comb in VUV. However, in this region, the three-step model or strong field approximation is not suitable any more since the Coulomb potential plays very important roles. The underlying mechanisms in this HHG region are quite complicated. For its potential applications, the first step is to fully understand the physics behind. We will combine the numerical solution of time-dependent Schroedinger equation and a quantum trajectory Monte Carlo method to study the HHG near or below the ionization potential. The cases of elliptically polarized lasers and two crossed linearly polarized lasers will be also investigated.

高次谐波产生是强激光与原子分子相互作用时的一种基本物理过程，是目前阿秒激光产生的一种重要手段。过去人们往往只关心高次谐波谱的平台区和截止区，在这些区域，运用忽略库伦势的经典三步模型和强场近似能够进行很好的描述。近几年里，人们对处于电离阈值附近以及低于电离阈值的谐波谱产生了浓厚的兴趣，因为它可以作为很好的VUV光源，也可以将飞秒频率梳拓宽到这一频段。但是，在这一区域， 库伦势对谐波过程有着非常重要的影响，而三步模型和强场近似不再适用。不论作为相干光源还是作为分子结构探测，我们都需要对这一区段的谐波过程机制有充分的了解。申请人所带领的小组在精确求解含时薛定谔方程方面有很好的积累，近年与合作者一起开发了量子蒙托卡洛方法能很好的模拟阈上电离谱。本申请将要把该方法拓展，以便能描述谐波产生过程，结合数值求解含时薛定谔方程，对电离阈值附近及以下的谐波产生的物理机制进行探讨，并将研究椭偏光和双色光调控。

之前很多对谐波产生的实验和理论研究，都主要集中在平台区域，一是因为这个区域是阿秒脉冲产生以及对原子分子结构成像的主要能区，二是因为平台区的理论描述比较简单，能够利用基于三步模型的强场近似理论进行研究。该理论中，长程库伦势的作用被忽略。 2014年前后，一批新的实验研究聚焦于电离阈值附近的谐波产生，发现了一些新的实验现象。我们立即启动理论上集中研究低于电离阈值的谐波辐射机制研究，并成功申请了该自然科学基金项目支持。. 2014-2019年近4年多以来，我们围绕原子与激光相互作用时的低阶谐波产生开展了系统的理论研究，并且研发了相应的双原子分子的程序，初期在电离动力学上开展了一些研究。 我们的研究发现， 在电离阈值附近的谐波区域，原子库伦势的影响非常大，一是通过库伦束缚态的共振作用，二是通过库仑势对这些能量不高的电子的轨迹的改变。我们提出了四步模型，成功阐释了里德堡态对该区域谐波产率的作用。进一步，我们在该区域发现了两套谐波辐射谱。另外，我们还研究了低阶谐波所反映的束缚态电子动力学。我们的系统研究引起了学术界的一定重视和重要引用，并且受邀为知名期刊J. Phys. B撰写了专题综述文章（Topic Review） 。 . 我们共发表了与谐波产生和电子电离动力学相关的论文共24篇，其中第一标注的7篇，第二标注的11篇， 第三标注及其它的6篇。