单个仄秒激光脉冲的产生

超短激光脉冲技术的发展提供了研究超快物理过程的技术手段。目前实验上可以得到的最短的单个激光脉冲为80阿秒（1阿秒＝1E-18秒），但在现有方案中实现单个仄秒（1仄秒＝1E－21秒）脉冲已经不可能。我们提出利用相对论强激光脉冲和分子相互作用产生单个仄秒激光脉冲的全新的理论方案。首先一束相对论激光脉冲部分电离氮气得到氮分子离子并使之解离成两个离子，另一束时间延迟的相对论激光脉冲从一个离子电离电子，并利用有质动力驱使这个电子与另一个离子相碰撞。在碰撞过程中，电子以高次谐波的形式释放出从超强激光场中获得的动能，这样的高次谐波可以合成单个仄秒激光脉冲。单个仄秒激光脉冲的产生将为直接观测高核电荷数原子内壳层电子的运动（如氩原子的1s电子）、正负电子对的产生及湮灭、高能原子核的碰撞等超快动力学过程提供最新的技术手段。

人类对自然界的认识遵循着时间尺度原来越小的方向进行，不同物理过程发生的时间尺度很不相同。例如，子弹击穿Ipad的时间尺度大概是1纳秒，分子的转动周期大概是皮秒左右，原子核的振动周期约几十飞秒，原子或者分子内电子的运动可以在亚飞秒阶段，原子核里面的夸克等离子体的时间尺度更短。因此，为了分辨超快物理过程随时间变化的过程，探测工具的时间分辨率需要小于物理过程变化的时间尺度。目前，实验上已经可以提供脉宽为67阿秒的激光脉冲，这种超短光源可以用来探测电子的超快变化过程。对于更快的物理过程，我们需要用仄秒脉冲作为探测工具。本课题正是基于这样一个需求，提出了产生仄秒脉冲以及利用仄秒脉冲探测超快物理过程的前瞻性理论研究。..本课题提出利用超短x射线脉冲作为驱动源和高价离子相互作用，x射线将紧束缚电子剥离，并驱使电离出的电子和原子核碰撞，在碰撞过程中放出高次谐波。通过选一定频率区间的高次谐波，可以合成超短仄秒脉冲。我们还利用超强仄秒脉冲在真空中产生正负电子对。理论上产生正负电子对的几率和仄秒脉冲的强度以及频率都有关系。产生正负电子对的过程也可以用隧穿以及多光子等不同图像来解释。..除此之外，我们还利用超短激光脉冲和原子分子相互作用，研究了氢分子离子以及氢气分子在激光场中的电离和解离，分析了分子电离后分子的库仑势如何影响光电子的动量，解离后原子核的动量随XUV光脉冲的强度和相位的变化关系。研究结果揭示了超短激光脉冲作用下分子原子动力学过程，为控制超快化学反应过程提供了理论指导。研究结果在国际一流期刊发表学术论文21篇，撰写了学术专著的一个章节。