用B样条方法研究多电子原子在强激光脉冲中的电离过程

We will develop the B-spline method, which may effectively calculate the atomic energy level strucure, to deal with the excitation and ioniztion of multi-electron atoms and molecules in intense laser pulses. Since B-spline method can precisely describe the electron-correlation, we will investigate the atomic/molecular excitation and ionization processes in intense laser pulses, and understand more thorouly the effects of the Coulomb potential and electron correlation on the multiple recollision processes of the ionized electron, as well as the double ionization processes，realize the quantum control of the multi-electron ionization in intense laser pulses. Our research work includes: Using different laser pulse conditions to countrol the recollision times of the ionizaed electron, study the influence of the Coulomb potential and inner shell electrons on the multiple recollision electron, and these influnces on the structrue of the above-thershold ionization spectrum in low-energy region; By taking advantage of B-spline method that it can precisely deal with the atomic energy levels, we calculate the double electron and multi-electron ionization processes, and present the time-evolution picture of the electron-electron correlation in the ioniztion, explain how the correlation affects the multiple-electron ionization behavior; Calculate molecular ionization processes, investigate the effect of the electron-correlation and nuclear motion on the multi-electron ionization. Based on these studies, we may explore our reseach area, explain and predict more new physics phenomena.

我们将发展能够精确计算原子结构的B样条方法，处理多电子原子和分子在强激光脉冲中的激发和电离过程。由于B样条方法可以准确描述电子关联，我们将用时间演化图像考察原子及分子在激光脉冲中的激发和电离，更深刻理解库伦势及电子关联对电子多次重碰电离及非序列电离的影响，实现在强激光脉冲中多电子电离过程的量子控制。具体研究内容包括：利用不同的激光脉冲条件控制原子的电离电子重碰次数，考察原子库伦势及束缚电子的关联对多次重碰电子的影响，以及由此产生的低能阈值上电离谱的结构特点；利用B样条可以精确处理原子能级结构的特点，计算不同激光场条件下的双电子及多电子电离过程，给出电子关联在非序列电离过程中的时间演化图像，理解电子关联如何影响激光场中的多电子电离过程；处理分子的多电子电离过程，研究电子关联及分子中核运动对电子电离过程的影响。 通过这些理论研究，拓展我们的研究领域，并希望预言新的强场现象。

随着强场物理研究的深入开展，原子和分子体系中的电子与原子核的关联以及电子之间的关联在强场动力学过程中所担当的角色也越来越多地引起人们的重视，并逐渐成为强场物理领域的研究热点。在多年进行强激光场与原子和分子研究的基础上，我们成功发展了处理多电子原子结构的B样条方法，建立能够处理复杂原子在激光场中电离和激发的动力学过程的理论方法。利用新发展起来的B样条理论以及已经掌握的频域方法，具体研究了以下几个方面的内容：（1）利用B样条法考察氦原子在激光场中的双光子双电离过程。研究发现双电离过程存在一个特征时间：当激光脉冲宽度小于这个特征时间时，双电子的电离谱呈现单峰结构；当激光脉宽大于这个特征时间时，双电子电离谱呈现双峰结构。为了获得电子关联与特征时间的关系，我们改变原子的核电荷数发现，这个特征时间与双电子库伦相互作用势满足时间-能量测不准关系。这个结果是对量子力学测不准原理的在动力学系统的新的拓展。（2）继续发展非微扰量子电动力学理论，研究了在红外和深紫外双色激光场中的碰撞-电离及碰撞-激发-电离机制下的非序列电离过程。（3）考察了在红外和紫外双色激光场下的原子高阶阈上电离过程，发现原子高阶阈上电离谱呈现多平台结构，并且每个平台的高度由吸收XUV光子的个数决定，而平台的宽度由IR光的场强和频率决定。进一步通过分析量子通道相干解释电离谱的凹陷结构。（4）利用包含Davison 修正的内收缩的多参考组态相互作用方法, 对氧分子的势能曲线进行了计算，并利用频域方法计算了氧分子在线偏振激光场下的高次谐波, 给出了高次谐波随核轴与光电场偏振方向的夹角的依赖关系。（5）研究分子在双色激光场中的阈上电离过程，发现由于高频激光场能够将分子的电离谱延伸到高能区，使得由于分子结构造成的相关条纹能够谱呈在电子电离谱上，从而证明这样的双色激光场能够产生可以对分子结构进行分辨的电子能谱。为实验实现分辨分子的方法提高新路径。（6）我们利用激光场中高次谐波谱理论上实现了对里德堡态波包的空间成像。