动量空间含时伪谱方法及其在强场原子物理中的应用

The time-dependent generalized pseudo-spectral method is adopted to quickly and acuurately simulate the dynamic behaviors of Inert gas atoms irradiated by the mid-infrared strong laser pulse,because the electronic wave packet driven by an intense laser field is located in a local momentum space. Here, the numerical technology combined with the analytic solution scheme is used to accurately deal with the singularity problem of the atomic potential in momentum space, and the mapping parameter is adjusted to optimize the grid point distribution. Taking advantage of the coherent interference of the degenerate Rydberg states, we hope to realize the frequencies-selected enhancement of high-order harmonic generation from an mid-infrared ultr-short laser pulse by changing the initial population of the Ryderg electron, and produce an ultra-short isolated attosecond pulse with high intensity. In addition, we will also simulate the hump low-energy structures in the above-threshold ionization spectra, which are observed in recent experiments on the photoionization of atoms in strong mid-infrared laser fields, and then clarify its quantum effects and reveal new interference structures in low energy region. The development of this project will contribute to the investigation of the numerical simulation of atoms interacting with intense laser pulse, and deepen the understanding of ultra-fast physical processes of atoms irridated by the mid-infrared laser pulses.

基于强激光驱动下的电子波包在动量空间布居局域的特点，采用含时广义伪谱方法，利用数值技术结合解析求解的方案精确处理动量空间原子势的奇点问题，调节映射参数优化格点分布，快速、准确地模拟惰性气体原子在中红外强激光场中的动力学行为。采用该自主开发的程序包，借助简并里德堡态的相干干涉，调控里德堡电子的初始布居分布，在超短中红外强激光脉冲驱动下，实现高次谐波谱的选频增强，进而生成高效超短的孤立阿秒脉冲；探究库仑势对阈上电离谱及光电子角分布的影响，系统模拟实验观测到的中红外激光脉冲低能阈上电离谱的hump结构，阐明其产生的量子效应，并揭示新的低能干涉特性。本项目的开展，有助于推进强激光脉冲与原子相互作用的数值模拟研究，加深人们对原子在中红外激光脉冲辐照下产生的相关超快物理过程的理解。

项目基于动量空间，采用含时广义伪谱方法准确地求解强激光与原子相互作用含时薛定谔方程，研究了多光子激发、原子势对阈上电离（ATI）的影响和原子在高频激光场下的光电子发射。我们证实，当入射激光强度增强时，束缚态的多光子激发导致ATI谱存在一个周期性的共振结构。发现原子第一激发态、重碰散射截面与直接阈上电离（DATI）和重碰阈上电离（RATI）相关，并依此重建了一个修正的一维势函数，它能复制整个三维的真实ATI谱。此外，我们证实在高频激光作用下，当入射激光强度超过电离抑制临界电场强度时，ATI谱随着电离概率的下降而呈现出多峰结构，这是由脉冲前沿和后沿产生的具有相同动能的光电子之间的干涉产生。. 高次谐波（HHG）固有啁啾是限制其生成更短孤立阿秒脉冲的一个主要局限，项目利用超短强激光与金纳米结构作用产出的空间上分布局域增强的畸变电场，控制电离电子轨迹，使得具有不同能量的电离电电子返回母离子时更集中，减少连续谐波的啁啾，进而获得超短孤立脉冲。另外，采用太赫兹（THZ）脉冲组合红外激光方案，由于电子的多次重碰过程，不同时刻电离的电子可以在相同的时间返回母离子，它们之间的干涉使得谐波谱出现干涉增强且少啁啾的连续谐波，这可生成无啁啾的孤立阿秒脉冲。. 同时，利用中红外激光脉冲产生的高次谐波谱探测了里德堡波包的动力学信息和空间结构，该波包是由两个相邻的里德堡态组成。通过控制泵浦-探测激光脉冲的延迟时间，两个里德堡态之间的干涉明显改变电子的初始密度分布，导致谐波谱呈现明显的周期性变化，且变化的周期等于两个相邻里德堡态之间的电子振荡周期。此外，在任何时间延迟下，谐波谱的最小值和里德堡波包的节点之间都有一一对应关系，这为利用高次谐波探测里德堡波包的空间特性和相对相位提供了可能。