强激光场下多原子分子动力学过程的理论研究

Atomic and molecular dynamics has been an interesting and important topic in strong-field physics and ultrafast science. In this project, we will theoretically investigate the dynamics of polyatomic molecules in intense laser fields. First, the ionization, momentum distribution and attosecond pulse generation of triatomic molecules (CS2, CO2, H2O, etc.) in intense laser fields are investigated by strong-field approximation method. The influence of different vibrational modes on triatomic molecules (CS2, CO2, H2O, etc.) are also studied. The enhancement of HHG, attosecond pulses generation and quantum path control of triatomic molecules will be explored in THz field, inhomogeneous fields and combined fields, respectively. In addition, we will investigate the high harmonics and ionization threshold of polyatomic molecules (C6H6, etc.). Besides, the propagation effect should be added in the calculation in order to be comparable with experimental research. Second, based on three-electron approximation, we will also investigate the ionization dynamics of triatomic molecules (CS2, CO2, H2O, etc.) in intense laser fields, and present the corresponding momentum distribution, the normalized electron yield, the energy distribution of electron trajectories, angular distribution of ionized electrons to show the whole ionization process. We will compare the ionization dynamics of triatomic molecules (CS2, CO2, H2O, etc.) with different vibrational modes together. In addition, we will also try to control the ionization dynamics of triatomic molecules (CS2, CO2, H2O, etc.) in intense laser fields by adjusting laser parameters and carrier-envelope phase.

超短强激光与原子分子系统相互作用是强场物理中的前沿研究领域之一。本项目将理论研究强激光场中多原子分子的动力学过程。首先，将强场近似理论用于研究强激光场中三原子分子(如CS2, CO2, H2O)的动量谱、高次谐波和阿秒动力学，研究不同振动模式对三原子分子（如CO2,CS2, H2O）高次谐波和动量谱的影响，探索太赫兹场、非均匀场等激光脉冲作用下分子高次谐波增强、阿秒脉冲产生及量子轨道控制；进一步研究更大分子系统(如C6H6)和激光场相互作用下的高次谐波谱、电离阈值和分子成像，在此基础上考虑传播效应，以便更好的和实验相比较。其次，基于三电子近似，采用辛算法研究线偏振和椭圆偏振场中三原子分子系统(如CS2, CO2, H2O)的电离动力学过程，计算其离子碎片产率、动量分布及角分布等，比较不同振动模式下三原子分子电离动力学的异同，并探索不同激光参数对电离机制的影响以调控强场分子电离过程。

超短强激光与原子分子系统相互作用是强场物理中的前沿研究领域之一。本项目将理论研究强激光场中多原子分子的动力学过程。本项目将强场近似理论用于研究强激光场中三原子分子(CS2, CO2, OCS)的动量谱、高次谐波和阿秒动力学，并研究了振动对高次谐波的影响；进一步研究更大分子系统(C3H6等)和激光场相互作用下的电离动力学，探讨了不同分子结构对双电离的影响。基于双电子近似，采用经典系综方法和辛算法研究线偏振和椭圆偏振场中三原子分子系统(如CS2, CO2, OCS)的电离动力学过程，并研究了键长对非次序双电离的影响。通过数值求解含时薛定谔方程和强场近似理论，研究强场下原子分子光电子动量谱，并用阿秒微扰电离理论解释。此外，还研究核运动对分子高次谐波的影响和量子轨道控制，研究了传播效应对谐波谱的影响并和实验比较。进一步探索阿秒量级磁场的产生及应用以及激光和固体相互作用，初步研究了极强光场下电子动力学。强场双电离研究为我们进一步认识电子关联在电离这一基本过程中所起的作用。提取光电子动量谱中包含电子散射相位等的相关原子分子结构信息，为人们在探测微观物质结构及在高时空分辨下追踪分子电子动力学过程等微观探测方面提供了强有力的工具。对了解所发生物理现象的机制和解释 相关光化学反应中的物理本质具有重要的指导意义，在未来的研究中具有广阔的应用前景。阿秒脉冲的产生和应用的成果使得能够研究电子自然时间尺度（阿秒）上的激光-物质相互作用的非线性非微扰状态下的电子动力学。由超快电子电流可产生阿秒磁场脉冲，为复杂分子系统中产生圆极化阿秒脉冲和超快磁场提供了指导原则，可用于超快磁光学的未来研究。