强激光场中超快分子反应的电子动力学研究

超快强激光场和原子分子的非线性相互作用产生高次谐波相干辐射，这一强场特性提供了产生阿秒激光脉冲的有效方法和研究阿秒时间分辨的微观动力学的全新技术手段。分子水平上化学反应的本质是外场条件下化学键（分子的价层电子轨道）的超快演化过程。受研究方法对复杂分子体系的局限性和量子干涉效应的影响，分子内的电子轨道演化的超快动力学目前尚未得到观测。本课题针对这一空白，创新性地选取乙炔分子受强激光场诱导的超快异构化反应作为研究对象，利用高次谐波的角度分布获得分子的价层电子轨道的结构信息，研究受周期量级超短激光脉冲作用下的分子反应过程中电子轨道演化的超快动力学，发展亚飞秒量级时间分辨的分子轨道探测技术，获得电子轨道波函数运动的时间尺度，探讨分子反应的本质和相干控制途径。

强激光场中取向分子产生高次谐波的超快过程，提供了探测分子动力学行为前所未有的超快时间尺度和空间分辨率。近年来的研究进展表明，通过强场中分子产生高次谐波可以揭示分子轨道的对称性和空间分布。本项目研究分子高次谐波和分子结构动力学的关联，获得分子强场动力学信息的超快时间分辨检测。本项目着重研究了乙炔分子体系在超快强激光场中的取向优化和高次谐波产生特性等机理，结合理论和实验系统地研究了分子取向、高次谐波辐射角度分布、分子价层轨道对高次谐波影响以及强场作用下分子动力学行为的含时检测等现象，获得了不同分子轨道在谐波光谱中的特征、异构化行为的时间尺度等规律，并提出了进一步研究分子体系的电子和结构时间演化的设想并发展了实验条件。本项目的研究达到了预期目标，为微观体系超快过程的研究提供了新思路，为深入研究分子化学键变化的电子动力学机理提供了基础。