高频深紫外及X射线强激光场与原子和分子相互作用的研究

The advent of high-frequency XUV and X-ray free electron lasers open up hitherto unexplored frontiers in physics, chemistry, biology and interdisciplinary fields. By using the nonperturbation QED theory, we will develop the frequency-domain method to study the interaction between the high-frequency XUV and X-ray free electron laser and electrons, atoms or molecules. Based on the results that we have obtained in the areas of low-frequency strong laser physics, we will study the following topics:1. Develop the frequency-domain theory in high-frequency region, study the single-photon double ionization, two-photon double ionization and multiphoton multi-ionization processes of atoms and mulecules which is not caused by the recollision mechanisms; 2.Study nondipole effect on the electron ionization and radiation in ultrahard X-ray lasers; 3.By using the electron structure model of atoms and molecules, we will study the inner-shell electrons nonlinear dynamics of complex atoms and molecules in strong high frequency laser fields by frequency-domain theory. Based on these studys,we may explore our research area, explain and predict more new physics phenomena.

高频深紫外及X射线强自由电子激光与物质相互作用的研究在物理、化学、生物及相关交叉科学领域开创了人类前所未有的新的科学前沿。我们将利用非微扰量子电动力学理论，建立研究高频深紫外及X射线强激光与电子、原子及分子相互作用动力学过程的频域方法。在我们原来处理低频强场物理的经验基础上，具体研究以下几个方面的问题：1、发展高频深紫外及X射线强激光场的频域理论，研究非重碰机制引起的原子和分子单光子双电离、双光子双电离及多光子高剥离过程；2、研究非偶极效应对超硬X射线激光中电子阈上电离及碰撞辐射过程的影响。3、结合原子和分子的电子结构模型，利用频域理论研究复杂原子和分子内壳层电子在高频自由电子激光场中激发、电离及衰变的动力学过程。通过对高频深紫外及X射线强激光场与原子和分子相互作用的研究，拓宽我们的研究领域，达到解释和和预言新的物理现象。

高频激光场与物质相互作用的研究在物理、化学、生物及相关交叉科学领域开创了人类前所未有的新的科学前沿。我们利用非微扰量子电动力学理论，建立研究高频激光与电子、原子及分子相互作用动力学过程的频域方法。在我们原来处理低频强场物理的经验基础上，具体研究结果包括以下几方面的内容：.1、发展强场频域理论，建立原子和分子在红外和深紫外双色激光场中电离过程的频域理论。（a）通过研究在IR和XUV双色激光场中的电子阈值上电离过程，发现电子的ATI谱呈现阶梯形结构。（b）利用双色激光场的偏振方向和电离电子的出射方向控制原子阈上电离过程中吸收光子的奇偶性。2、利用高里德堡态之间能级差较小的原子结构特点，提出利用高里德堡态非共振跃迁探测低频长激光脉冲的载波相位方法。3、利用原子的相干叠加态，我们证明了里德堡波包的空间结构及时间演化信息可以通过探测它在超短激光脉冲中产生的高次谐波谱获得。4、发展计算多电子原子能级结构的B-样条方法，建立数值求解三维含时薛定谔方程的计算方法，并编写了计算氦原子与强激光场相互作用的程序。5、发展了红外和深紫外双色激光场中的非序列电离过程的频域理论。（a）通过计算发现双电离的电子谱呈现多平台结果，这个结果与双色激光场中高阶阈上电离谱的结果相似：每个平台对应于电子所吸收的高频激光的光子个数。（b）计算了非序列电离与双色激光场的场强依赖关系，发现红外低频激光场能够拓宽电离电子的动能分布，而高频深紫外激光场能够提高非序列电离的电离几率。6、考察氧分子在线偏振激光场下的高次谐波, 发现了高次谐波随分子核轴与光电场偏振方向所成夹角的依赖关系。7、评论单色和双色激光场中原子非序列电离的过程，并利用量子通道相干分析了动量谱上的干涉条纹的产生来源。