基于轨线的库仑修正强场近似（TCSFA）的半经典理论

Theoretical treatments of non-perturbative quantum dynamics of atoms and molecules in ultrafast intense fields is nontrivial, but important. Starting with trajectory-based Coulomb corrected strong field approximation (TCSFA), we propose to develop semi-classical method to investigate ionization dynamics in mid-infrared strong fields, which allows the extension to calculate energy/momentum spectra in circularly polarized fields and high-order harmonic generation. By comparison between solutions of time-dependent Schrödinger equation and TCSFA and conducting trajectory analysis for interested spectral patterns, we will explore non-adiabatic effects induced by simultaneous presence of ultra-fast external light fields and Coulomb fields, clarifying contributions from quantum tunnelling, interferences and the classical aspect of trajectories, building the bridge between classical to quantum theories. Moreover, trajectory-based numerical methods with GPU acceleration will be implemented to provide systematic solutions, including simulation and theoretical analysis, for experimental corporations.

发展能够高效直观分析超快强激光场与原子分子相互作用过程中非微扰动力学的理论方法是强场物理中的重要问题。本项目以基于量子轨线的库仑修正强场近似（TCSFA）方法为基础，发展中红外强场电离过程的半经典理论以扩展TCSFA的应用范围，使之适用于圆偏振光场、包含多库仑中心的分子体系等问题，系统地计算光电子能谱/动量谱与高次谐波，通过含时薛定谔方程与TCSFA对比求解、谱特征轨线分析等手段，研究在超快外光场与库仑相互作用共同存在时的非绝热效应，进一步讨论量子隧穿过程、量子干涉及轨线经典特性对强激光场电离动力学的贡献，探索强场物理中从量子到经典的过渡。并在计算方法上完成大规模轨线的GPU并行化，为当前国内相关实验平台提供模拟与分析的理论解决方案。

如何高效直观地分析超快强激光与原子分子相互作用过程中的非微扰动力学是强场物理的重要科学问题。强场近似理论（SFA）作为一个重要的理论框架被广泛用于描述各种强场物理现象，包括光电离过程中的光电子动量分布、高次谐波产生、多电离机制等。本项目在传统SFA方法的基础上，进一步发展了基于量子轨线的库仑修正强场近似（TCSFA）半经典方法并延拓其应用范围，使之适用于涉及多色、圆偏振光场等问题，可系统地计算光电子能谱、动量谱与伴随产生的高次谐波，解决了不同条件下的鞍点筛选问题，为确定隧穿时刻与隧穿出口提供了依据。计算方法上，针对大规模轨线的演化，我们开发了基于GPU平台的并行化计算程序，为当前国内实验平台提供模拟与分析的理论解决方案。我们通过含时薛定谔方程与SFA方法的对比求解、根据谱特征追踪分析轨线等手段，提出利用超快组合外光场的探测原子分子体系量子相干动力学的新方法，进一步讨论量子隧穿过程、量子干涉及轨线经典特性对强激光场电离动力学的贡献，探索了强场物理中从量子到经典的过渡。基于SFA，我们也引入太赫兹外场提出了探测超快相干过程的新技术。其中，我们证明了太赫兹辅助条纹相机光电子谱可提取系统内部密度矩阵元含时演化的所有信息，重构任意相邻能级间的相对量子相位。此外，我们结合量子信息方面的问题，将发生动力学演化的系统抽象为图，提出双聚化分解的新概念，为复杂量子动力学过程的分析提供了新的视角。