高强度X射线激光脉冲的非线性过程的理论研究

This proposal is aimed to study the highly nonlinear interactions between the atoms and the highly intense X-ray laser pulses produced in free-electron laser by numerically solving the time-dependent Schrödinger equation (TDSE). When they are exposed into highly intense X-ray laser pulses, the atoms will be ionized. Then the nonlinear process, atomic stabilization and dynamic interference, may be observed. Even though many theoretical discussions have been given on the phenomena of atomic stabilization and dynamic interference, the experimental evidence is lacking and many open questions remain. For example, it is still not clear how the electron correlation or non-dipole approximation can influence the atomic stabilization and dynamic interference. We wish to explore those open questions in this study and further explore new nonlinear phenomena.

本申请主要通过数值求解含时薛定谔方程的方法，研究当前自由电子激光器产生的高强度X射线激光脉冲与原子气体之间发生的高度非线性相互作用过程。当高强度X射线激光脉冲入射到气态原子上的时候，气态原子将会被电离，其中可能观察到原子稳定化和动态干涉等非线性现象。虽然针对原子稳定化和动态干涉已经有不少理论研究，但确切的实验证据还比较缺乏，而且很多问题还没有非常明确的答案。比如电子关联效应或非偶级效应对原子稳定化和动态干涉有何影响现在仍然不是十分清楚。本课题希望对这些尚不明确的问题进行探究，并进一步探索新型的非线性过程。

通过本项目的研究，我们发展了系列数值方法求解含时薛定谔方程，在理论对自由电子激光器产生的高强度X射线激光脉冲与原子气体之间发生的高度非线性相互作用过程进行了精确模拟。我们对电子关联效应或非偶级效应对原子稳定化和动态干涉有何影响进行了深入探讨。我们首次在He原子的双电离能谱上发现了网格状的干涉结构，并建立模型对其中的双电子波包的干涉机制进行了解析。通过使用阿秒脉冲进行泵浦探测，我们证明可以通过测量谐波谱上的量子拍频信号实现对电子激发动力学的操控与探测。我们对Freeman工作与动态干涉对谱峰分裂的影响进行了对比研究。通过使用阿秒脉冲探测，我们发现了反常的Autler-Townes （AT）分裂， 该分裂大于传统AT分裂的间距。