基于对太赫兹辐射高精度测量研究强激光场中超快电离动力学

Terahertz emission from atoms and molecules in strong laser field is closely contacted with the ionization process and determined by the electronic wave packet dynamic in the sub-cycle. Employing the large dynamic range, polarization resolution and high accuracy of terahertz detection, the project proposed terahertz emission as a way to research the ultrafast ionization dynamics of atoms and molecule, including the quantum tunneling time problem, the Coulomb potential effect and multi-electron effect in the ionization process. The achievement of this project will achieve ultrafast electron orbital ionization control by laser parameters, establish the relationship among terahertz emission, high harmonic spectra and photoelectron momentum and realize multiple energy scales and time scales observation from terahertz ray to X-ray.

强激光场中原子分子的太赫兹辐射与电离过程紧密联系，由电子波包在激光场中的亚周期动力学决定。基于太赫兹辐射检测具有大动态范围、偏振分辨、高精确度的特点，本项目提出基于太赫兹辐射研究原子分子超快电离动力学，深入理解库仑势作用和多电子效应对电子电离的影响，探讨量子隧穿时间这一基本问题，建立通过激光参数实现对电离电子轨道的超快调控的方法，建立太赫兹辐射、高次谐波以及光电子动量谱之间的关联关系，发展太赫兹辐射研究超快动力学的方法，对复杂量子态的演化实现从太赫兹波到X射线多能量、多时间尺度的观测。

电离是超快强激光驱动下原子分子体系发生的基本物理过程，是理解强场及超快现象的基础。飞秒激光作用气体产生太赫兹辐射与原子分子隧穿电离紧密相关，太赫兹辐射的产生由电子波包在激光场中的亚周期动力学决定，太赫兹辐射、高次谐波以及阈上电离光电子动量谱存在非常紧密的联系。依托实验对太赫兹辐射的高精度测量，有望获得更高的实验准确性，从而推进强场中原子分子超快动力学的实验研究；实现从太赫兹波到X射线，对复杂量子态演化的多能量、多时间尺度的观测；与此同时，也能增进对太赫兹辐射机理的理解，为提高太赫兹辐射的产生效率，研究高效的太赫兹辐射源提供理论和实验基础。.项目搭建了一套比较完整的基于太赫兹偏振精密测量研究原子分子隧穿电离延迟的实验系统，利用共线的激光偏振精准可控的双色干涉仪，实现对双色（基频光与倍频光）飞秒激光场的准确控制，基于闪锌矿结构晶体的电光取向性建立一种高灵敏度的太赫兹偏振探测方法，实现对太赫兹辐射电场偏振和幅度的精确测量，实验研究强场中原子分子隧穿电离过程，理论上研究了圆偏基频与线偏倍频的双色激光场作用下惰性气体太赫兹辐射的产生，发现产生的太赫兹波的偏振方向随双色场相位延迟的变化而发生转动，偏转角随激光光强的变化曲线同样显示出膝型结构，证实了基于太赫兹偏振测量的全光阿秒钟实现传统阿秒钟相同测量过程的可行性。