强激光场中重散射的光电子和高次谐波的标度定律及应用研究

超强超短激光技术的发展为人们提供了一种探测物质结构的新手段，本项目即开展利用强激光场中重散射的光电子及高次谐波生成来探测物质结构的研究。在强激光场的作用下，原子、分子中的束缚电子会吸收多个光子从而脱离母核的吸引而电离。电离的电子在激光场中运动，会以一定的概率再次或者多次运动到母核的附近，要么受到母核的散射而成为重散射的电子，要么与母核复合而放出高次谐波。因此重散射的光电子以及生成的高次谐波都反映出母核库仑势的分布特点，这可以用来探测原子库仑势的散射截面以及确定分子的结构。本项目即是针对这一物理过程开展理论和实验研究。首先检验和确立重散射的光电子和高次谐波满足的标度定律，然后以标度定律为工具，研究重散射的光电子在强激光场中的动力学行为，探讨利用重散射的光电子和生成的高次谐波探测原子库仑势的散射截面、分子的结构，旨在发现新的物理现象，揭示新的物理规律，并探讨可能的物理应用。

标度定律为激光和物质的相互作用研究提供了一个有效的工具。本项目针对强激光场与原子分子相互作用中的一种基本的非线性效应---多光子电离开展研究，首先检验和确立重散射的光电子和高次谐波满足的标度定律，然后以标度定律为工具，研究重散射的光电子在强激光场中的动力学行为，发现新的物理现象，揭示新的物理规律，并探讨可能的物理应用。本项目取得多项创新性研究成果，如提出并确立了强激光激发原子产生的高次谐波能谱满足的标度定律，并将该定律用于确定等价的高次谐波生成过程，首次对实验观测的高次谐波能谱的巨共振结构的物理机制提出了新的解释；首次提出强激光场中重散射的光电子能量-动量满足的标度定律，并借助数值计算和数值模拟的方法予以确认；首次提出原子双电离现象满足的标度定律，并根据双电离过程中关联电子的动量分布的相似性，确立了新的标度系数，明确了双电离过程中电子-电子之间关联的标度不变性，加深了对双电离现象的微观物理过程的认识；研究了中红外激光场中原子多光子电离的光电子能谱，首次预言Xe原子多光子电离的光电子能谱存在鞍点结构，确立了观测该结构的激光场条件，并提出圆偏振的激光场易于观测该结构；利用标度定律确定等价谐波生成过程，建立了分子最高占有轨道的电子分布与谐波能谱的对应关系，并研究不同分子轨道产生的谐波对谐波总产量的贡献，首次确立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；研究了强激光场中双原子分子多光子电离的光电子角分布以及电离抑制现象，建立了光电子角分布与极性双原子价电子分布的联系，明确了极性双原子分子出现电离抑制现象的物理机制；等等。研究成果在国内外重要学术刊物上发表SCI收录的论文24篇(含4篇未标注)，其中包括物理类著名刊物Phys. Rev. Lett. 文章1篇，Phys. Rev. A 文章4篇，光学著名刊物Opt. Express 文章4篇，Appl. Phys. Lett.文章1篇。本项目执行过程中，先后有两名博士生、一名硕士生毕业并获得博士/硕士学位，成为本领域的新生研究力量。本项目圆满完成了研究任务，达到了预期研究目标。