强激光场中原子、分子电离的复杂动力学研究

The investigations of atom and molecule interacting with ultra-short super-strong field have lead to the discovery of a series of non-perturbative ionizaton phenomena. At present strong field physics plays an important role in the most exciting areas. It has more valuable meanings in scientific study and practical values. We will investigate the strong field ionization using a semiclassical model, which we develop to exceeeding the strong field approximation. In the light of the newest novel experimental datas, we will investigate the underlying mechanisms of the complex dynamics of atomic and molecular ionization in the strong laser field. We will present the dependence of the correlated momentum distribution on the molecualar alignment and so on. This project can help us to understand the correlated and anti-correlated momentum distribution in the cases of double ionization at low intensity regime. By investigating the nonsequential double ionization induced by few cycle laser pulse with focusing on the carrier-envelop phase effect, we try to show that by adjusting the absolute phase we can steer the ionization processes. Meantime, we can look insight into the subcycle dynamics of the correlated electrons, improving our understanding on the underlying mechanisms. By exploring systematically, we believe that our results can help one better understand the dynamics in the strong laser field, and can also provide guideline for designing experiments, which pormising directions in strong laser field.

超短超强激光场作用下的原子、分子呈现出许多新奇的非微扰电离现象；对这一领域的研究成为当前国际物理研究领域的前沿热点课题之一，具有极其重要的科学意义和应用价值。本项目基于已有的半经典理论，致力于对其发展和推广，拟超越“强场近似”的理论框架，力求更加深入地研究真实原子和分子在强激光场中电离的复杂动力学行为。本项目拟探索分子发生双电离时，电子的动量关联对分子取向的依赖等问题；研究不同原子在阈值附近的双电离特性，揭示电子关联的正负关联性规律；研究少周期短脉冲中原子双电离的载波相位效应，即通过绝对相位达到对电子的控制的目的，分析电子的亚周期动力学行为规律，进而理解少周期脉冲中原子双电离的物理机制。本项目密切联系国际国内相关实验，将解析推演和数值模拟相结合，对揭示强激光场中原子和分子动力学行为具有重要意义，同时将为预期相关实验和其应用提供理论依据。

强激光场中原子、分子的电离研究在理论和实验上的成功，成为了极端条件下物质行为的研究工作的基础，促进了量子电动力学等相关学科的迅猛发展，为激光热核聚变和激光快点火提供理论依据，刺激军事领域的飞速发展；同时，高次谐波辐射光源为化学、物理学和生物学中测量提供了手段。对于原子、分子在强场中的基本性理论研究是强场物理的基础。当原子处于强激光场中时，束缚态的电子会通过隧穿电离成自由电子，并在激光场的作用下回到原子实附近并发生弹性或非弹性散射，导致一系列强场原子物理现象的发生，其物理效应和重要性则是一个长期以来颇受争论的问题。深入认识原子电离机制对理解飞秒强激光场中的隧穿电离、电子运动及相关物理过程具有重要意义。半经典再散射模型已成为研究强激光场中原子、分子电离的重要平台。本项目以国内外最新的实验现象为牵引，发展并完善了半经典再散射理论。本项目采用解析推演和数值计算相结合的方法，从理论上对超短超快超强激光场中原子、分子体系的复杂动力学问题进行了探索。在为期一年的研究中，我们发现：氢分子在强场下发生双电离过程时，电子动量关联对分子结构及分子取向对的依赖关系，主要来源于取向分子对于碰撞激发电离的电子激发态的影响。我们发现再散射图像中，直接电离只会导致电子动量关联谱的正关联性，不会影响其负关联性。正是由于在碰撞电离过程中，第二个电子的碰撞激发再由场协助电离才最终导致动量关联谱奇怪的负关联性，而激发态的迅速衰减是导致负向关联的一个重要原因。这项内容的研究有助于人们更好的认识原子、分子系统在强场下的动力学复杂动力学行为。该项研究属于我们计划中的第（1）项工作，结果已发表在国际权威物理期刊（J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.）。最近实验上观察到的Ar原子更精细的负关联结构仍是我们进一步研究的重点。研究短脉冲下，原子双电离电子动量关联性的精细结构时，我们发现电子的动量关联谱对于载波相位有着十分敏感的依赖性；同时这种依赖性在较低或者较高的强场下变得十分明显，而在适中场强下这种依赖性却不易发现；深刻了解其中的亚周期时间尺度的动力学特征，将为更好地操控“电子”提供依据；该项研究属于研究内容的第（3）部分。目前这部分内容处于整理完善之中。研究原子分子在较弱的强场中，不同电离机制的对抗，属于研究内容的第（2）部分，一些工作还没有展开，我们后期会继续开展这方面的研究。