超短强激光脉冲中的阿秒动力学过程

发展原子和分子少体系统在外场中的时间演化高精度计算（HPC）方法，研究阿秒及飞秒超短激光脉冲与原子和分子相互作用的阿秒动力学过程。利用Hylleraas态函数，精确处理原子和分子在电离及辐射过程中的粒子间关联效应，研究超短脉冲与复杂原子和分子相互作用在阿秒时间尺度的新现象。在我们以往研究强场物理过程的基础上，将研究以下问题：1. 利用HPC方法处理复杂的多电子电离过程，研究在超短激光脉冲中电子关联对重碰引起的强场现象的的影响，考察内部电子关联效应如何影响非序列电离和高次谐波产生的物理过程；2.研究在超紫外阿秒脉冲作用下原子内壳层电子的电离及相关的跃迁和辐射过程；3.摒弃冻结核近似，研究分子的取向、振动及转动对分子在场中电离和辐射的影响，从而利用超短脉冲的电子电离谱实现对分子结构成像和动力学过程的探测。

本项目的研究内容是发展超短强激光脉冲中的少体系统高精度计算（HPC）方法，研究超短强激光脉冲中原子和分子阿秒动力学过程。我们利用Hylleraas态函数，精确处理氦原子的波函数并建立一套包括基态、激发态和连续态在内的完备基组。我们成功地处理氦原子的束缚态之间跃迁的激光载波相位（CEP）效应，提出在跃迁中相邻跃迁路径的量子相干是造成激发态CEP效应的原因[Phys. Rev. A 82, 053407 (2010)]。在此基础上我们发现不同宇称的束缚态CEP效应的机制不同：对L=2n+1的态，其CEP效应由跃迁的正频率和负频率相干造成；对于L＝2n的态，其CEP效应是由于和频跃迁和差频跃迁相干造成的，[Phys. Rev. A, 86, 043432 (2012)]。我们又利用高里德堡态具有能级差小的特点，在理论上提出利用原子高里德堡态跃迁实现对长脉冲长波长激光场的载波相位测量[Phys. Rev. A, 87, 043411 (2013)]。在我们以往研究强场物理的理论基础上，利用高里德堡态具有较大的轨道半径和较低的电离势能的特点，我们通过调节脉冲的载波相位，让电子从高里德堡态直接被激光场加速，并与母离子复合放出高次谐波。这样大大提高了谐波的产生效率及最高光子能量[Phys. Rev. A, 83, 043409 (2011)]。我们还研究了利用简并高里德堡态控制原子在超短强激光场中的高次谐波产生过程，理论预言这种方法可以得到脉宽小于100阿秒的超短脉冲[Phys. Rev. A, 86, 033417 (2012)]。我们进一步在量子电动力学理论的基础上发展原子分子与激光场相互作用的全量子频域理论，建立了多电子原子在强激光场中非序列电离的全量子理论，并首次给出电子碰撞激发双电离公式[Phys. Rev. A, 85, 023402 (2012)]。最近，我们研究了双色激光场中的原子阈上电离过程[Phys. Rev. A, 88, 043435 (2013)]。我们利用波姆轨道重新计算了原子在高频高强激光场中的电离过程，发现由于玻姆轨道之间的相互作用的量子力存在导致原子高频高强的电离抑制现象[Phys. Rev. A, 87, 063418 (2013)]。总之，本项目已经圆满完成了任务。