强激光场中极性双原子分子多光子电离研究

强激光场中分子的多光子电离是激光与物质相互作用研究的重要内容。对分子多光子电离的研究，不仅丰富了人们对强场物理过程的认识，还加深了人们对微观世界的了解。本项目从强场光学和原子分子物理学两个学科的交叉点上开展工作，选用结构较为复杂，电离行为更为活跃的极性双原子分子为研究对象，根据强激光与分子相互作用的非线性效应，运用非微扰量子理论建立数值模型，模拟强激光与极性双原子分子的相互作用过程并研究其内在作用机制。通过计算不同参考系中极性双原子分子多光子电离的光电子角分布,分析其特征以确定本研究应选取的参考系，在既定参考系下进一步计算极性双原子分子的总电离率，获取特殊电离抑制对分子取向的依赖关系，并评估库仑势对极性双原子分子多光子电离过程的影响。本项目对强激光场中极性双原子分子多光子电离的处理不仅对处理大极性分子在强激光场中的电离有借鉴作用，而且对理解和实施分子电离的激光操控也具有重要的实践意义。

本项目自2012年立项以来，结合项目评审专家建议，进一步完善研究方案，紧密围绕年度研究内容、按照研究路线开展研究工作。在项目组成员的共同努力下，完成了申请书中的研究内容、达到研究目标。主要结果包括：①研究了H2+在强驻波场电离的Kapitza-Dirac效应，发现H2+分子的取向、轨道特性影响着光电子出射时的光电子角分布。此研究结果表明，利用分子电离时的光电子作为电子源，可以控制Kapitza-Dirac效应中光电子的出射方向。②研究了异核双原子分子NO，CO和NH的电离抑制现象。结果表明NO分子和O2分子具有相同的电子态，其电离抑制现象尽管不像O2那样十分明显，但是NO还是表现出了电离抑制，而且对激光强度的依赖不是明显。NH和O2分子具有相同的电子态，但是无论在什么样的激光强度下，电离抑制都没有发生，这表明NH具有单核特性。CO分子和N2分子具有相同的电子态，但是CO分子低激光强度区域表现出单核性质，而在高激光强度区域，CO表现出双核特性，出现轻微的电离抑制现象。③通过计算光电子动量谱研究了不同电子态H2+分子在圆偏振激光场中光电离。提出了利用干涉模型解释为什么成键态分子的光电子动量谱相对分子轴存在一个90度角的旋转，而反键态分子不存在这样的旋转。④研究了分子在圆偏振激光场电离时的干涉现象。发现在圆偏振激光场中，如果光电子出射方向被平均以后，其电离的光电子能谱具有光滑的“钟”形包络；但是出射方向不被平均，而是对于某一出射方向，此时光电子能谱会出现双峰或多峰结构。⑤利用全量子散射理论研究了阈上电离标度定律，结果表明光电子角分布和光电子能谱都遵守相同的标度定律。⑥通过计算不同初始态H2+在圆偏振激光场中的光电子角分布,研究了H2+分子的多光子电离。发现分子电子态、光电子能量对光电子角分布有显著的影响，而且光电子角分布的主枝结构所在位置随着分子电子态的变化而变化。本研究结果还表明可以利用分子电离时的光电子角分布获得分子轨道的信息。⑦ 研究了H原子在双色场中的多光子电离。研究发现H原子的动量分布是由一系列同心的圆弧形条纹组成，其中亮条纹对应着阈上电离谱中的峰；而且由于不同电离通道间互相干涉，动量分布是反演不对称的，不对称性的程度与电离通道的数量有依赖关系。