双色激光场中原子分子光电离的干涉效应研究

The strong-field photoionization is an essential issue for the nonlinear interaction of atoms and molecules with the extremely ultra-intense and ultra-fast laser filed. It has the significant meaning for understanding the basic process of strong-field physics and has important application in the field of strong-field metrology. The proposal is focused on the novel feature exhibited by atomic and molecular photoionzation in the two-color laser field consisting of strong infrared (IR) femtosecond laser pulse and extreme ultraviolet (XUV) attosecond pulse, beyond the theoretical limitation of strong-field approximation for the weak IR-assisted attosecond photoionization. We investigate the effect of experimental parameters on the interference pattern from the point of view of the interference phenomena in the photoionization, model the reliably analytical method, analyze the quantitative relationship between the interference fringe and the phase of the tunneled electron wave packet, and achieve the experiment imaging for the atomic and molecular orbit according to the strong dependence of tunneled electron phase on the atomic ground state and the highest occupied molecular orbit. The project extends the study of physical dynamics and the novel application of the metrology for the two-color photoionization in the regime of the new physical parameters and in the concept of holography.

强场光电离是极端超强超快激光场与原子分子非线性相互作用的核心问题，它对于人们了解强场物理基本过程具有重要的意义，并且在强场测量学领域具有重要的应用。本项目研究在强红外飞秒激光脉冲和极紫外阿秒脉冲双色激光场组合下，原子分子光电离所展现出的新特点，突破以往强场近似理论下弱红外光辅助阿秒光电离的限制，从全新的光电离干涉现象着眼，研究不同的实验参数对干涉图样的影响；通过实验观测和理论分析紧密结合，建立可靠的解析理论模型；分析隧穿电离电子波包相位与干涉条纹之间的定量关系，实现电子波包相位的实验观测，并根据隧穿电离相位对原子基态和分子最高占据态的强烈依赖，实现原子分子轨道的实验成像。本项目在新的参数区域和光学全息概念下，拓展了双色场光电离的物理动力学研究和测量学新应用。

红外飞秒脉冲辅助下的阿秒光电离是实时探测原子分子超快电子动力学的重要方式，也是实现脉冲光谱相位重建的有效手段。在不同的激光参数区域下，红外（IR）飞秒脉冲和极紫外（XUV）阿秒脉冲组合的双色场与原子分子相互作用会展现出不同的物理内容，通过分析产生的光电子谱、离子谱或者光谱等信息，可以实现对不同超快物理过程的测量，这为完全描述阿秒脉冲时域电场和拓展阿秒测量学领域提供新思路。本课题围绕XUV和IR双色场下的强场物理过程开展了一系列的实验和理论研究，包括：以时间分辨的方式测量了氮分子离子的超快解离动力学过程，利用速度成像谱仪(VMI)离子动量谱的测量技术，成功地观测到了氮分子离子解离过程中的核波包干涉现象，并从理论上确定了有4条分子势能曲线在产生核波包干涉的过程中起主要作用，进一步从干涉条纹的倾斜度上得到了分子势能曲线陡峭程度的信息；提出了全光学方法表征极紫外阿秒脉冲的光谱相位的新方案，利用强红外飞秒脉冲诱导的电子重碰撞发射谱，来获得待测量阿秒脉冲的啁啾量信息；研究了阿秒瞬态吸收光谱中的阿秒啁啾效应，揭示阿秒脉冲的啁啾可以引起吸收谱线发生亚飞秒量级的时间移动，这种移动对校准泵浦-探测的时间零点和正确理解动力学信息具有重要意义。另外，在本项目的支持下，我们还开展了气体与凝聚态固体介质中强场高次谐波的产生及其内在动力学机制探索的工作，揭示了原子激发态和预制气体光丝对产生高次谐波的增强作用、分子核运动对谐波产率的抑制作用、以及固体材料高次谐波的椭偏度依赖对布里渊区能带改变的监测作用。