强激光场中原子分子电离的量子和半经典模型研究

原子、分子与超短超强激光场相互作用是一个正在快速发展的研究领域，其研究有着十分重要的科学意义和应用价值。我们将数值计算和解析推演相结合，进一步发展量子S矩阵和半经典理论，研究原子和分子在强激光场中的电离过程。我们将研究S矩阵理论中的规范选取问题，进一步发展和推广已有的S矩阵理论，研究原子和分子的单电离和双（多）电离过程中离子势对电离过程的影响,研究离子的长程势对光电子，特别是低能光电子能谱和角分布的影响；研究离子势与电子的相互作用对双电离过程中电子之间关联的影响；研究分子双电离过程中分子取向、核的运动对电离的影响。我们将进一步发展描述双电离过程的半经典理论，与量子理论相结合，进一步考虑电子电离过程中的量子效应，研究原有半经典理论无法准确描述的氧分子等分子体系和较低场强下原子分子的双电离过程。我们的研究将密切配合实验，解释并指导实验，以促进对强场中原子分子行为的全面了解及应用。

我们对处理原子、分子与强激光场相互作用的量子S矩阵理论和半经典模型进行了发展和推广，对超短超强激光场中原子分子的电离、解离和高次谐波产生等动力学过程进行了系统的研究。发现了红外强激光场中隧穿电离区域原子光电子能谱在1eV以下的普适低能峰状结构，并通过理论分析揭示出低能光电子在原子库伦势上的多次再散射是形成这一结构的主要原因；利用考虑电离引起的原子基态的耗散克服了量子S矩阵理论中库伦散射振幅发散带来的困难，首次从量子理论上阐明了长程库仑场在低能结构形成中的重要作用；研究了椭偏光场下的ATI能谱，结合S矩阵理论计算揭示了多次返回的长轨道在ATI过程中的重要作用；通过研究阈上电离过程中光电子能量分辨的角分布和椭圆偏振激光场下的高次谐波产生过程显示了“simpleman”模型对高能返回电子的失效，表明高能再散射电子的波包动力学也会受到离子库仑场的显著影响；研究了原子分子在近红外和中红外波长飞秒激光场中的电离产量，发现氧分子相对氙原子表现出显著的依赖于光强和波长的电离抑制，而只有考虑了分子双核干涉效应的S矩阵理论能很好地重现实验发现。澄清了在强激光场中O2电离抑制现象背后的物理机制上长期以来存在的争议；利用荧光首次给出了CO2分子低层轨道电离对分子取向的依赖关系，发现CO2的HOMO-1轨道电离对取向依赖的极大值与MO-ADK理论的计算不符，但与强场近似S矩阵理论的计算相符；研究了分子ATI能谱高能区域的类共振增强结构。S矩阵理论的分析表明类共振增强结构可以归因于通道闭合效应，而且分子轨道波函数的结构对类共振增强结构是否出现起到了决定性的作用；利用半经典模型研究了第一个隧穿电子的初始纵向速度分布对非次序双电离过程的影响；利用半经典模型研究了椭偏光场下原子非次序双电离的动量关联分布，分析揭示了离子库仑势在椭偏光场下非次序双电离过程中的重要作用；发展非微扰量子电动力学理论研究了原子非次序双电离过程中的碰撞激发电离(CEI)过程；利用S矩阵理论和半经典模型研究了氖原子非次序双电离过程中的电子动量关联分布。分析表明目前S矩阵理论忽略了离子势的作用会使其在高场强下低估多次返回轨道的贡献；用类维格纳分布函数对少周期脉冲中的原子阈上电离过程进行了研究，直接显示出了随着激光波长的增加，电离过程由多光子区域向隧穿区域的转变。