超快强激光场下原子分子电离过程中的量子效应

Ionization of atom/molecule is one of the most fundamental phenomena in the interaction between ultra-short intense laser field with atom/molecule, and the study of this process has important significance on our understanding of the behavior of matters under extreme conditions. In this program we will collaborate tightly with experiments and perform a systematic theoretical study on the quantum effects of interference as well as molecular structure on the ionization process of atom/molecule in strong laser field by using quantum S-matrix theory, tunneling theory and semiclassical theory. Specially, we will study the dependence of double ionization process especially the so called rescattering excitation with subsequent ionization process of atom on laser parameters and species to investigate roles of the quantum effects such as the interference between different excitation ionization channels and between different quantum orbits, the depletion of excited state as well as electron energy structure; we will also study the photoelectron energy spectrum and ionization angular distribution in above-threshold ionization process of molecule especially large molecule; we will further study the contributions of different occupied molecule orbits, different nuclei and the influence of the interference between different nuclei on the ionization process of molecule. We hope the above investigations will help us get a more deep insight into the physical problems (quantum characteristics, classic-quantum correspondence etc.) in the interaction between atom/molecule and ultra-short intense laser filed.

原子分子的电离是超快强激光场与原子分子相互作用的基本现象之一，研究这一物理过程对人们理解极端条件下的物质行为具有重要的科学意义。本项目拟与实验密切合作，利用量子S 矩阵理论、隧穿理论以及半经典理论对强激光场中原子分子电离过程中的量子干涉效应、分子结构效应等量子过程进行全面而深入的研究。我们将对不同激光参数下不同种类原子的双电离过程尤其是碰撞激发电离过程进行研究，探索不同激发通道之间的干涉效应、长短量子轨道之间的干涉效应、激发态的耗散效应、以及能级结构等量子效应对双电离过程的影响；我们将对分子尤其是大分子阈上电离光电子能谱和电离角分布进行研究，探讨不同占据轨道、不同核以及它们之间的多中心干涉效应对分子电离电子动力学的影响。通过本项目的开展，希望能加深人们对超短强激光与原子分子相互作用过程中的量子特性、量子与经典对应等基本物理问题的理解。

在本项目中，我们对原子双电离、分子阈上电离、非绝热隧穿等强场电离过程中的量子效应进行了研究，具体内容如下：.对原子非次序双电离的研究一般都是采用线偏振激光，对电子关联的研究也主要是在激光偏振方向，而对垂直于激光偏振方向的动量关联则研究较少。在理论上我们提出通过改变椭圆偏振光的椭偏度实现对不同方向动量关联进行调控的方法。我们发现三个方向的动量关联不对称参数α随椭偏度变化的方式是不同的。尤其对于激光偏振副轴x方向，α会随着椭偏率从负值变到正值。这表明在x方向上发生了从库仑排斥主导的关联向激光场主导的关联的转变。.分子具有比原子更多的自由度，因此具有更加丰富的电离动力学。我们与实验合作研究了复杂分子（C2H4和C2H6）高阶阈上电离能谱上的类共振增强结构（RLE）。我们的研究给出了存在两种类型RLE的实验证据，同时给出了内层电子轨道以及不同原子核对分子高阶阈上电离的贡献。另外，我们还与实验合作研究了近圆偏光中氮分子和氧分子以及它们的伴随原子氩和氙原子的光电子动量分布。我们发现，虽然氧分子与其伴随原子氙原子具有几乎相同的电离能，但它们的动量分布有明显差别。而氮分子则与其伴随原子氩原子具有相同的动量分布。基于SFA的理论分析表明上述差别来源于分子轨道对称性的差别。.在强场物理中人们一般通过keldysh参数γ来定性判别电离过程的主要机制。γ远大于1时主要发生多光子电离（MPI），当γ远小于1时主要发生隧穿电离（TI），γ在1附近可能发生非绝热隧穿，但是无法给出定量的描述。在本项目中我们发展了一套利用流密度对不同电离通道的贡献进行定量描述的方法。通过对MPI和TI的贡献进行分离，我们发现从绝热隧穿到非绝热隧穿区域的转变点在γ≈2，这不同于之前人们认为的γ≈1，并且这个转变点不随光强变化。