一种根据多光子电离确定分子结构的方法研究

强场超快激光技术的发展开辟了物质分析的新途径。强激光场中分子的多光子电离是强场分子物理研究中一种基本而重要的非线性效应，它对分子结构非常敏感，因而反映出分子结构的信息。这使得我们可以采用一种简单有效的方法来探测分子结构。本项目旨在开展强激光场中分子多光子电离的理论和实验研究，研究分子结构对多光子电离的光电子角分布及其能谱的影响，提出根据光电子的角分布和光电子能谱确定分子结构的方案，建立光电子角分布与分子价层电子分布的对应关系，并进行实验验证。本方案提供了观测分子结构的简单有效的新方法，基础性强又富有前瞻性。

强场超快激光技术的发展开辟了物质分析的新途径。强激光场中分子的多光子电离及其伴生的高次谐波是强场分子物理研究中基本而重要的非线性效应，它对分子结构的变化非常敏感，因而反映出分子结构的信息。这使得我们可以利用多光子电离及高次谐波生成来探测分子结构的信息。本项目通过强激光场中分子的多光子电离及其伴生的高次谐波能谱来研究分子结构的宏观影响，提出根据光电子角分布、光电子能谱以及高次谐波能谱确定分子结构的方法，建立这些实验可直接观测的物理量与分子价层电子分布的对应关系，从而提出测量分子电子分布的简单有效的新方法。本项目取得了多项创新性研究成果，如研究了圆偏振激光场中氢分子离子的多光子电离的光电子角分布与价电子分布的对应关系，发现从成键轨道电离的光电子主要沿着分子轴出射，而从反键轨道出射的光电子主要沿着垂直分子轴的方向出射；研究了驻波场中氢分子离子的多光子电离，展示了光电子角分布的大角度分裂现象，以及分裂的光电子角分布随分子趋向和电子组态的变化；研究了氢分子离子的高次谐波生成，展示了分子结构导致的谐波谱的最小值现象及其随分子间距分子趋向的移动；确定了重散射光电子满足的标度定律，为利用重散射的光电子确定分子结构提供一个等价的比较工具，并首次提出利用多光子电离谱平台起始区的光电子角分布探测分子核库仑势的方案；研究了强激光场中惰性气体原子的谐波生成现象，首次建立了谐波谱和定态波函数的对应关系，并预言了光电子能谱也存在类似的结构；研究了强激光场中氧气、氮气、二氧化碳气体等分子的高次谐波生成的能谱，探讨了不同分子轨道产生的谐波对总谐波生成的贡献，首次展示了电离过程中分子结构导致的干涉效应对分子谐波产量的影响，并提出提取分子内层轨道信息的方法。本项目在包括Phys. Rev. Lett. 等国内外著名刊物上发表十余篇高质量的论文，达到了预期的研究目标，完成了预定的研究内容。