正交双色场驱动的阈上电离研究

Strong field above-threshold ionization (ATI) of atoms and molecules is one of the fundamental processes in intense laser-matter interactions and it was one of the hottest topics in strong field physics during the past decades. In strong field ATI, the analysis of the photoelectron spectra can provide information on the details of physics process of ATI, the structural features and even dynamics features of atoms and molecules. However, the photoelectron spectra of ATI usually include the complex interferences of many quantum orbits of ATI, which makes the analysis on the ionization process and the atomic and molecular structural and dynamics features too difficult to extract useful information. In this proposal, we plan to use the two demensional laser field-orthogonal two-color field, to control the quantum orbits of ATI in space and time. We will selectively enhance and suppress some special quantum orbits and thus the photoelectron will be simple. Based on this control, we then study the ionization dynamics of different quantum orbit detialedly and extract the structural and dynamics features atoms and molecules. This study will promote people’s understanding on strong field ATI and extend the application of ATI in atomic and molecular orbit imaging.

强场原子分子阈上电离是强激光与原子分子相互作用的基本过程。在过去的几十年中，强场阈上电离的研究一直是强场物理领域的热点课题。在强场阈上电离的研究中，人们可以通过分析阈上电离产生的光电子谱获得阈上电离的物理过程、原子分子结构及动态过程等信息。但是，通常阈上电离的光电子谱包含了多种量子轨道的干涉，使得人们对阈上电离的物理过程以及原子分子结构等信息的分析变得非常复杂，很难获得有用的信息。本项目拟利用二维的电场—正交双色场，在空间和时间上控制阈上电离的量子轨道，选择性地增强或抑制某些特定的轨道，分别研究不同的量子轨道对应的阈上电离动力学过程，并从这些量子轨道对应的光电子谱中获取原子分子结构及动态过程的信息。本项目的研究能够促进人们对强场阈上电离的更加深刻的认识，以及开拓阈上电离在原子分子轨道成像等方面的应用。

强激光场中原子分子的电离是强场物理中的一个基本过程。最近几十年来，它一直是强场物理的一个热点课题。随着飞秒激光技术的发展与相关探测技术的进步，人们对阈上电离的研究逐步深入，阈上电离的许多细节不断被揭示，另一方面，因为强场电离的光电子包含了原子或分子电子轨道的信息，是人们认识原子分子内部结构及电子动态过程的一种重要途径，因而受到极大的关注。但是，强场电离的信号中，包含了多种量子轨道，使得对电离过程的分析，以及从电离的光电子信号中获取原子分子结构及动态过程变得非常困难。本项目开展了通过激光场调控电离的电子轨道的研究，主要研究内容包括：研究了低激光强度以及长波长激光驱动的非次序双电离；研究了强场次序双电离电子亚光周期的电离动力学过程；研究了强场隧穿电离动量谱的干涉现象以及分子强场光电子全息成像等。主要结果有：发现了地激光强度下非次序双电离的多次碰撞现象，以及中红外激光脉冲驱动的非次序双电离的多次返回碰撞现象；发现在了强场次序双电离中的亚光周期电离脉冲，解释了先前实验观察到的新现象；利用正交双色场，选择性地增强了近前向散射电子与直接电子的全息干涉现象，并且控制了近前向散射电子的碰撞角度，阐明了分子核间距在强场光电子全息干涉谱中的表现，并且在原理上阐明了利用强场光电子全息成像技术探测原子分子价电子阿秒动力学学过程的原理。这些研究成果提供了强激光场原子分子电离过程的更加完整的物理图像，为人们利用强场电离研究原子分子结构及动态过程迈出了重要的一步。