超短强激光脉冲场电离H2分子的电子关联动力学的理论研究

Study of the electron correlation dynamics of multi-electron system with the ultrafast intense laser field is one of the hot research topics in the field of intense-field dynamics. It has a great application in photochemical, quantum information, quantum optics and many other fields. Because of the complicated interactions between the photon and electron, electron and electron, electron and nucleus, the theoretical simulation of dynamic process of the correlated electron dynamics is very difficult for the multi-electron molecule in the intense field. Therefore, it is scientifically important to develop an effective method to study the dynamic information of the correlated electron. This project intends to develop a time-dependent quantum wave packet method to accurately calculate the dynamic information of the coupled electrons. The electronic correlation dynamics on the process of photoionization will be investigated by simulating the double ionization of hydrogen molecule in the ultrafast intense laser field. In addition, the double ionization mechanism of H2 will be used to optimize the generating conditions of attosecond pulse. Through the further research of this project, we can fully reveal the correlated electron dynamics of H2 molecule with the ultrafast intense laser field, and illustrate the parameters of the driven laser field and nuclear vibration on the influence of the double ionization mechanism. Of course, this project can provide scientific prediction and theoretical guidance on the development of attosecond pulse.

利用超短强激光脉冲场研究多电子体系的电子关联性是当前强场动力学领域的热点课题之一，其在光化学、量子信息、量子光学等诸多领域有着巨大的应用前景。对于多电子分子在强激光中的电离，由于涉及复杂的光子与电子、电子与电子、电子与原子核之间的交互作用，使得理论模拟关联电子的动态行为非常棘手。因此，发展行之有效的理论方法研究分子体系的关联电子的动态信息具有重要的科学意义。本项目拟发展精确计算关联电子动态信息的MPI并行的全量子波包计算方法，通过模拟双电子分子H2在超短强激光脉冲场中双电离的动态过程，探讨强场光电离过程中的电子相关性，并利用H2的双电离机制优化阿秒脉冲激光的产生。期望通过本项目的深入研究，全面而准确地揭示H2分子在超短强激光脉冲场中的电子关联动力学，阐明驱动激光场参数与原子核振动对双电离机制的影响，并为阿秒脉冲激光技术的发展提供科学的理论预测和指导。

利用超快强激光场研究分子体系的电子与电子、电子与原子核之间的关联动力学是当前强场动力学领域的前沿和热点研究课题之一。对于分子体系与强激光场的相互作用，电子与原子核之间的库仑作用力扮演着重要角色，使得精确模拟分子强场光电离和解离的动态行为非常棘手。本项目采用了精确计算电子与原子核动态信息的MPI并行的全量子波包计算方法分过程讨论氢分子及其同位素的光电离解离动力学。我们采用多态模型的含时量子波包法处理氢分子及其同位素在强激光场中的激发与光电离解离，氢分子离子及其同位素在强激光场作用下光电离解离动力学采用精确计算电子与原子核耦合运动的含时量子波包法。通过探讨氢分子离子及其同位素在超短强激光脉冲场中的光电离和解离动力学机理，揭示了电子与原子核的超快动力学规律。.本项目系统地研究了H2+和HD+在强场光解离过程中的同位素效应，研究结果表明异核双原子分子HD+的光解离过程除了包含H2+的两个解离过程（直接单光子吸收和净双子吸收解离）外，还发生了直接双光子吸收解离和净单光子吸收解离；理论研究了HD+在强激光场中的光解离动力学，通过分析HD+在不同的初始振动态和激光场强度下的光解离动力学过程及其解离核动能谱，得出了HD+的光解离机理及其随激光场强度的变化规律，并给出量子调控分子光解离通道的方案；理论模拟了H2在Extreme Ultraviolet（XUV）和Infrared（IR）脉冲激光场作用下的光电离解离动力学，并给出了利用泵浦-探测场的延迟时间控制分子非对称解离性电离的量子调控方案；通过调节双色激光脉冲场790-395nm的相对相位差，利用HD+的净双光子吸收过程和单光子吸收过程之间的量子干涉高效调控光解离产物的分支比，其光解离产物通道的调控率可达52%，调节双色激光脉冲场790-395nm的相对强度，光电离和解离产物通道的分支比可到达90%。通过本项目的深入研究，全面而准确地揭示氢分子及其同位素在超短强激光脉冲场中的电子与原子核关联动力学，为量子调控电子与原子核运动的实验研究提供科学的理论预测和指导，并为阿秒物理的发展提供了新思路与新靶点。