强激光场中冷原子的高分辨动量成像

High-resolution momentum imaging of single metal atom in the strong laser filed is achieved with the multi-particle coincident momentum detection. Laser cooling technology is used for preparation of cold metal atoms with high density. The momentum resolution of recoil-ion with the laser cooling will be three-order high related to the hot target. Combined with the infrared pump-probe scheme, one can study precisely the evolution of quantum states in rubidium atom in ion-energy, atomic space and fs time domains. The key topics in the proposal are strong-field induced non-adiabatic processes of Kramers-Henneberger atom stabilization, above threshold ionization, electron tunneling ionization, low-energy electrons and non-sequential double ionization. High-resolution momentum distributions of cold atom deliver a new application for the laser cooling technology in traditional interaction of photon, atom and molecule, a new thought for comprehensive studies of quantum properties in metal atoms, an advanced experimental method for precision measurements of atomic and molecular collision physics.

利用激光冷却技术，制备高密度冷原子靶，结合原子分子的多体符合动量探测，实现金属元素单原子反应的高分辨动量分布成像。和热靶相比，激光冷却可以让离子的动量分辨率提高三个数量级。利用飞秒红外强激光和双色激光泵浦/探测手段，在能量、空间及时间（飞秒）上实现铷冷原子量子态反应演化的精准离子动量成像。重点研究铷原子在飞秒强激光场中的Kramers-Henneberger原子稳定，阈上电离，电子隧穿电离，低能电子产生以及非顺序双电子电离关联等非绝热过程。冷原子高分辨动量成像是激光冷却技术在传统光与原子分子相互作用领域中的一个应用，是全面研究特殊外场金属元素内在量子规律的新思路，是原子分子碰撞精密测量的前沿方法。

项目成功研发了国内首台飞秒强激光场中的超高动量分辨冷原子反应成像谱仪。在仪器研发阶段，我们完成仪器设计加工和初期的测试工作，先后实现激光锁频，反应腔体测试，数据采集软件撰写，2D磁光阱和3D磁光阱。原子靶动量展宽减少高达六个数量级，可提供二维连续靶（10^7 atoms/cm3）和三维靶（10^9 atoms/cm3）两种靶源，离子的反冲离子动量分辨率达到0.12原子单位，时间飞行分辨提高20倍！成功实现重离子动量分布的高精度探测，达到国际同类仪器最好指标。同时，按照研究计划，我们利用单脉冲强飞秒激光（800 nm，35 fs，10^11-10^16 Wcm-2），第一次完成不同价态离子的强度依赖和动量分布的关联测量，通过关联测量技术我们首次观测到在多电离过程中的激光场诱发再碰装e,e过程（rescattering sequential ionization（RSI）），RSI被发现是导致离子动量随着激光强度降低反而增加反常行为的主要原因，这一发现彻底改变人们对顺序电离的结论。.在项目执行期间，发表论文14篇，专利3篇。其中Physical Review Letters两篇，仪器论文1篇。还有几篇论正在投稿和准备中。培养博士一名，硕士2名。很好地完成预定研究计划和研究目标。