强激光场原子分子动力学研究

Study on dynamics of atoms/molecules in ultrashort and ultrastrong laser field is the frontier of current physical research and has important significance on our understanding of behavior of matters under extreme conditions. We will perform systematic study on ionization and high harmonic generation processes of atom/molecule in ultrashort and ultrastrong laser field tightly collaborated with experiments. We will further investigate the low energy structure in the photoelectron energy spectrum in tunneling ionization regime, especially its quantum mechanical mechanism; we will study single and double ionization processes of complex atoms, e.g., alkline-earth atoms, in intense laser field to investigate the effect of strong correlation between electrons on the ionization process; we will study double ionization process of atom/molecule in mid-infrared intense laser field to investigate wavelength dependence of the double ionization process, study problems like classical characteristics of physical process in the deep tunneling regime and classic-quantum correspondence etc.; we will study effects of ionic Coulomb potential, electron-electron correlation and molecular structure on high harmonic generation process; we will control the harmonic generation process using two-color field and elliptically polarized field to study dynamics of photoelectron wavepacket in the harmonic generation; we will study excitation and ionization of atom/molecule by EUV field in strong external field and their corresponding photoelectron wavepacket dynamics via investigation of interaction between atom/molecule and EUV radiation generated by harmonic generation or combination of harmonic radiation and infrared and mid-infrared intense laser field.

强激光场中原子分子动力学的研究是物理学当前的一个前沿热点领域，对人们理解极端条件下的物质行为有着十分重要的科学意义。我们将与实验密切合作，对原子分子在强激光场中的电离和高次谐波产生等过程进行深入系统的研究。我们将对隧穿区域光电子能谱上的低能结构进行进一步的研究，探讨其量子方面的形成机制；研究碱土金属等复杂原子在强激光场中的单电离和双电离等过程，探索电子间的强关联效应对电离过程的影响；研究原子分子在中红外强激光场中深隧穿区域的电离过程，研究其对波长的依赖关系；研究离子库仑场、电子关联效应和分子结构对高次谐波过程的影响；探索利用双色场、椭圆偏振场等方法对谐波产生过程进行调控，以研究谐波产生过程中的电子波包动力学；利用原子分子与高次谐波产生的EUV相干光或其与红外、中红外激光相结合的光场的相互作用对强外场条件下的EUV光对原子分子的激发、电离和电子波包动力学的进一步操控等问题进行研究。

我们发展了处理原子分子与强激光场相互作用的量子散射矩阵理论、半经典模型和含时薛定谔方程的数值解等理论方法，与实验密切合作对强激光场中原子分子的单电离、双电离和高次谐波产生等动力学过程进行了系统的研究。研究了椭偏光场下的ATI能谱，揭示了多次返回的长轨道在ATI过程中的重要作用；发现原子实的长程库仑势会导致中红外激光场阈上电离光电子动量分布中零动量附近出现一个峰状结构；发展推广的量子轨道蒙特-卡洛模拟方法研究了光电子动量谱上的全息干涉结构；利用荧光测量方法研究了CO2分子内层轨道的电离过程；研究了原子和分子高阶ATI能谱上的类共振增强现象，揭示了分子轨道波函数的结构和分子内层轨道对高阶ATI的重要作用；发展含时Hartree-Fock方法研究了C2H2分子在强激光场下的多电子电离动力学；研究了原子和分子在强激光场下的里德堡态激发过程，发现了O2分子相对于Xe原子的里德堡态激发抑制现象；研究了低场强下Ar原子的非次序双电离（NSDI）过程，发现离子不同中间激发态贡献之间的干涉效应对电子动量关联分布的重要影响；研究了强激光场下Xe原子非次序双电离过程对波长的依赖关系，揭示了库仑散焦效应在非次序双电离过程中的重要作用；研究了Xe原子的非次序双电离过程及其背后的电子关联机制；利用散射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，发现离子库仑势会明显增强多次返回轨道对NSDI的贡献；利用半经典模型研究了椭偏光场下NSDI过程，发现当椭偏度大于0.2时，多次返回轨道对NSDI过程起主要作用；通过引入离子激发态的隧穿电离和耗散改进了半经典模型，研究了双原子分子NSDI过程中电子动量关联的取向效应；研究了O2和N2和其伴随原子Xe和Ar在中红外强激光场下的高次谐波产生过程，发现O2谐波的截止能量相对于Xe的延伸起因于双中心干涉导致的电离抑制现象；研究了少周期脉冲激光场下里德堡态原子的高次谐波产生过程，发现可以利用高次谐波谱来探测里德堡波包的动力学信息和空间结构。