量子隧穿和相干效應在強雷射場原子分子電離中的作用

《量子隧穿和相干效應在強雷射場原子分子電離中的作用》是依託西北大學，由辛國國擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：量子隧穿和相干效應在強雷射場原子分子電離中的作用
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：辛國國
• 依託單位：西北大學

項目摘要

強雷射場中原子分子的電離問題是目前強場物理研究的熱點之一。在該領域，由於橢圓偏振光中原子電離規律能夠用於“angular streaking”技術實現超快測量；超強雷射場中原子的電離規律能夠用於超強場場強測量；分子電離規律有望實現對分子結構和內部超快電子運動過程進行成像。因此這三個研究方向越來越受到人們的重視，在實驗上也發現了一系列新現象。然而，理論方面的研究還不是很完善，很多物理機制仍然不太清楚。最近文獻和我們的研究工作表明，量子隧穿和相干效應在這三類問題中可能起著重要的作用，然而人們對於這兩類量子效應本身的認識和它們對實驗結果的影響規律仍然不是很清楚。本課題擬採用三維半經典模擬和求解4+1維含時薛丁格方程的方法深入考察量子隧穿和相干效應在這些問題中的作用。研究結果有助於我們對量子隧穿和相干效應有更深入的理解，也有助於我們更精確地測量分子結構、超快現象和超強雷射參數。

結題摘要

強雷射場中原子和分子的電離問題一直是強場與物質相互作用領域的研究熱點。一方面，通過最終電離的光電子的各種物理量分布，我們可以推斷出其電離過程的超快動力學過程，從而實現對這些超快動力學過程的探測和控制。另一方面，將該系統作為工具，人們能夠更為詳細地揭示出諸如量子躍遷和隧穿這些基本的物理過程更為深刻的本質。本項目主要研究了強雷射場中原子分子電離過程的量子隧穿和相干，以及長程庫倫勢效應，並分析了這些效應在光電子物理量分布中的體現，同時將研究內容拓展到了非線性系統中的量子隧穿和相干現象。我們發現即使在橢圓偏振光中，長程庫倫勢在原子剛被電離的一段時間內仍會起到極其重要的作用，進而會對運用“angulear streaking”技術進行超快測量的結果產生較大的影響，進一步的研究發現在電子穿越勢壘後0.2倍雷射場周期時間以後或電子距離母體離子核超過40個原子單位後，長程庫倫勢可以安全地被忽略，該結論對簡化研究模型具有重要意義。在另一項研究中，我們發現雙原子分子中電子的隧穿過程中該電子的波包會發生兩中心相干效應，這種效應會造成正交雙色光中分子電離產生的光電子微分動量譜沿著主電場方向的不對稱分布，該結果為從實驗上研究勢壘下的隧穿和相干過程提供了新思路。我們將對隧穿和相干現象的研究拓展到了非線性量子系統中，發現其動力學過程既有與線性系統中類似的特徵，又有其獨特的表現。在此基礎上，我們提出利用亮穀子之間穩定的干涉條紋信息進行精確測量的方案。該項目執行過程中已發表學術論文3篇，並形成了具有自己特色的一套研究方案；培養本科生9人，聯合培養碩士生2人，正在培養博士生1人。