超短阿秒脉冲产生和电子空穴动力学的多谱段探测

Generating eve-shorter attosecond pulses and resolve electron-hole dynamics in shorter time resolution is crucial for understanding the electron entanglement and the transfer of quantum coherence. It helps manipulating complex electron dynamics within atoms and retrieving the orbital information during dynamics evolution, broadening the study on chemistry, biology, energy and information. In this project, we are going to explore the manners of generating shorter attosecond pulses and characterizing of attosecond pulses by synchronized measurements combining terahertz wave, infrared laser pulse and attosecond pulse. By accurately controlling the phase-delay, we are to going actively manipulate multiple electrons in different molecular orbitals. The coherence of electron-hole and its relaxation will be studies. By developing 2D-HATS techniques for molecules with controlled alignment and orientation, THz pulse and high-order harmonics will be measured simultaneously to reveal the multichannel dynamics and to control the waveform of the generated attoseoncd pulse. A multi-configurational time-dependent Hartree-Foch theory will be implemented helping understand the new concepts and new phenomena involved in multi-electron dynamics.

有效地产生更短阿秒脉冲，对电子空穴动力学实现更短时间分辨，有助于深入理解电子纠缠以及量子相干性的转移，实现原子内部阿秒尺度的复杂电子动力学的相干操控，获取原子分子内部电子轨道的动态演化信息，为化学、能源和信息等领域发展提供重要参考。本项目拟探索超短阿秒脉冲的产生手段，并利用阿秒脉冲与红外脉冲、太赫兹辐射的协同作用及同步探测，实现阿秒脉冲的表征。通过精确控制双色激光场波形及阿秒脉冲与红外激光相位延迟，拓展阿秒脉冲应用，实现不同壳层电子关联的主动调控，诊断关联动力学中电子和空穴相干性的转移和弛豫。通过发展二维太赫兹和高次谐波同步探测技术，控制极性和非极性分子定向和取向，获取多个时间尺度的动力学信息，实现对分子动态结构和轨道成像以及对阿秒脉冲的波形调控。结合理论，探索超快光场驱动多电子动力学相关的新概念和新理论，揭示多维调控光场与原子分子相互作用的新现象与新规律。

项目围绕超短阿秒脉冲产生和电子空穴动力学的多谱段探测，通过发展完善阿秒脉冲的产生与表征技术、太赫兹与高次谐波同步探测技术、阿秒瞬态谱学技术，结合从太赫兹皮秒脉冲到极紫外阿秒脉冲的多谱段多时间尺度优势来研究原子分子以及固体中电子和空穴的动力学行为，实现了电子-空穴相干制备和调控。自主研发搭建单个阿秒脉冲产生实验平台、固体高次谐波产生实验平台、阿秒瞬态吸收实验平台以及多谱段实验平台，实现了脉宽79阿秒脉冲制备和表征以及阿秒时间分辨动力学探测，发展了固体阿秒光源产生新方法，实现了从太赫兹到极紫外波段的调控及探测。构建了强场中离子动力学的理论新框架，发展了经典轨迹蒙特卡洛的方法和含时HF理论方法，在二氧化碳分子电子空穴动力学成像及调控、CO分子强场自电离动力学测量与调控以及氮分子离子相关动力学研究实现了重要突破，在氪原子强场电离过程的阿秒瞬态吸收、氖原子在强激光场驱动下里德堡态相干布居动力学、氦原子阈下谐波辐射以及强激光驱动MgO晶体电子空穴动力学取得了新的进展。项目发展的阿秒光源和超连续相干光源制备新方案有助于为光电对抗提供支持。项目发现的强场里德堡制备新机理，对基于里德堡原子的微波和太赫兹辐射的精确探测具有借鉴，有望得到应用。项目关于空气激光成果对于强激光远程电离气体实现遥感具有应用前景。项目发表SCI论文33篇，其中Nature Communications 2篇，Phys. Rev. Lett. 2篇，Ultrafast Science 1篇，Photonic Research 1篇，Communications Physics 1篇。