强激光场中非极性分子隧穿位置的预测与重构的理论研究

Quantum tunneling is a ubiquitous phenomenon in nature and crucial for many technological applications.The current researches on the tunneling effect of non-polar molecules mainly focus on the ionization time and return time.In order to understand the quantum tunneling effect, it is necessary to study its spatial property-tunneling position. 1) This project intends to study theoretically the high-order harmonic generation from atoms with different ionization potentials in detail. There is an obvious energy region near the threshold, where the HHG yields are suppressed strikingly. We will analyze the relationship between the width of the energy region and the ionization potentials. This phenomenon can provide a direct observable for studying spacial properties of tunneling. 2) Under the radiation of two-color laser field, the difference of ionization and return time of symmetric molecules at diverse orientation angles was studied. According to this phenomenon, the tunneling position of symmetric molecules was reconstructed by using the complex-time evolution. Thus the effective ionization potentials of the symmetric molecule at diverse orientation angles can be measured more accurately. 3) Considering the influence of nuclear vibration on the ionization time and return time of symmetric molecules at diverse orientation angles, the complex-time evolution is developed to reconstruct the tunneling positions of symmetric molecules at diverse orientation angles. These studies will provide a direct observable for studying spacial properties of tunneling and provide reference to the related experimental work.

量子隧穿是自然界中普遍存在的现象，对许多技术的应用至关重要，目前对非极性分子隧穿效应的研究主要集中在电离时间和返回时间，而要深入了解量子隧穿效应，需要研究其空间特性-隧穿位置，而此项科学问题尚未解决。1）本项目欲从理论上详细研究单色激光场辐射下，具有不同电离能的原子高次谐波辐射谱，近阈谐波上有个明显的抑制区域，分析近阈谐波上抑制区域的宽度与电离能的关系，这个现象可用来直接研究隧穿的空间性质。2）双色激光场辐射下，研究不同取向下对称分子电离时间和返回时间的差别，根据这一现象，利用复杂时间演化的反演方法重构出对称分子的隧穿位置，从而更精确的测出对称分子在不同取向下的有效电离能。3）考虑核的振动对分子电离时间和返回时间在不同取向下的影响，发展利用复杂时间演化的反演方法重构出对称分子在不同取向下的隧穿位置。这些研究将为隧穿的空间特性的研究提供了一种直接的观测手段，并为相关的实验研究提供有益的参考。

本人及其合作者注意到若要深入了解量子隧穿效应，需要研究其空间特性-隧穿位置，并在此后的工作中创新性地对隧穿效应进行研究，在相同电离能、不同激光波长及激光强度下，分析了原子近阈谐波上抑制区域的宽度与电离能的关系，以及在不同电离能下，近阈谐波抑制区域的宽度与电离能之间的关系，进而给出了抑制区域与隧穿位置的关系。为了进一步探索原子谐波辐射中的动力学行为，研究了单色强激光场中原子高次谐波的电离时间与返回时间，提取出高时间分辨率的短轨迹和长轨迹的高次谐波电离时间及振幅，分析了库仑势对高次谐波电子轨迹的影响及半经典库仑修正的强场近似模型在宽参数范围内的适用性，结果强烈建议高次谐波的产生遵循四步模型，包括隧穿、滞后、传播和返回。另外，我们也比较研究了高频激光场中对称分子高次谐波的偏振特性；结果表明：分子谐波的偏振特性与激光强度、激光波长、核间距及取向角有关；利用数值方案，确定了在两中心干涉区，激发态在高次谐波产生中起着重要作用，但在不同取向角下，激发态对谐波椭偏率的影响不同；分析表明，这些不同的影响源于沿平行和垂直于激光偏振方向辐射的高次谐波的相对产量，以及激发态对平行和垂直谐波产量的影响。并利用数值的基态波函数计算了基态和连续态之间的跃迁偶极矩对奇次偶极矩与奇次谐波谱的一致性的改善情况。