強激光脈沖作用下原子高階阈上電離譜中電子産率的因式分解問題

最近，“飛秒光物理和介觀光學”創新研究群體成員彭良友副教授及其合作者在超短強激光脈沖作用下原子的高階阈上電離譜中電子産率的因式分解問題上取得重要進展。研究結果被最近一期的Phys. Rev. Lett.所報道，彭良友副教授是這篇論文的共同通訊作者【http://prl.aps.org/abstract/PRL/v108/i21/e213002】。

強激光脈沖與原子分子的相互作用是一個高度複雜的非線性過程，電子可以從激光場中同時吸收成百上千個光子，從而導緻電子能以很高的能量電離，或者被庫倫勢重新俘合而放出能量非常高的光子。實驗和理論已經表明，電子能譜呈現出一個很長的平台區，緊跟着一個截斷區。這一現象能夠以電場的觀點用基于經典牛頓力學的重散射模型予以定性地解釋。正是由于電子的重散射，人們發現平台區的電子能譜中包含了母體離子的結構和動力學信息，因此可以用電子能譜來對這些信息進行“成像”：也就是不同類别的原子具有不同的譜特征，能夠大緻反映電子與離子的碰撞電離截面。這種成像被人們廣泛的接受并在各種場合加以應用。但是，這種成像是基于一種未加嚴格證明的一種叫做定量重散射理論的假設：平台區和截止區電離電子的産率能夠分解為兩個相乘因子的積，一項是電子與母體離子的彈性散射截面，另一項是與激光參數相關的電子波包。

彭良友副教授及其合作者對這一電子産率的因式分解的假定進行了細緻而嚴密的研究。他們從理論上導出了中性原子在超短超強激光脈沖作用下高階阈上電離電子産率的解析表達式，發現上述的因式分解在一般情況下并不嚴格成立，因為産率是各種不同動量電子彈性散射振幅的相幹疊加，而電子彈性散射時的動量又敏感地依賴于激光的具體參數，譬如說周期數和載波包絡相位。他們的理論結果在不同激光參數下對不同類别的原子都成立，與精确數值求解含時薛定谔方程的結果完美吻合。他們利用解析和數值兩種方法的對比研究表明，電子産率的因式分解隻有在激光脈沖非常短的情況下或者在無限長的單色激光作用下才嚴格成立。

上述工作是群體在利用阿秒脈沖探測和控制原子内部的電子動力學方面獲得進展後的又一突破【http:/research/projects/111027.xml】。這些研究工作得到了國家自然科學基金面上和創新群體研究項目以及人工微結構和介觀物理國家重點實驗室的大力支持。