beat365官方网站現代光學研究所、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、納光電子前沿科學中心“極端光學創新研究團隊”劉運全教授、何瓊毅教授等人發展了一套基于廣義Glauber P表象量子光學修正的強場近似理論(quantum optical-corrected strong-field approximation, QOSFA)。利用QOSFA模型，研究團隊模拟了強壓縮态光場與電離氫原子相互作用過程，揭示了其特有的光電子幹涉行為。相關研究成果以“強量子光場下氫原子光電離”（Strong-Field Ionization of Hydrogen Atoms with Quantum Light）為題發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。

2023年諾貝爾物理學獎表彰了Pierre Agostini、Ferenc Krausz、Anne L’Huillier三位科學家在阿秒光脈沖的實驗産生和測量方面的貢獻，這極大促進了阿秒光脈沖在物質超快電子動力學研究中的應用。強場電離作為阿秒脈沖産生中的重要物理過程，在阿秒電子譜學、分子軌道成像、量子态的調控等應用中具有重要科學意義。在強激光驅動下原子的強場電離研究中，通過對光電子和高次諧波進行探測，人們發現了豐富的光子和電子幹涉等量子效應。然而，在之前絕大多數關于強激光場的光電離和高次諧波産生的理論和實驗研究中，人們通常把激光場視為經典光場，忽略了光場的量子性質對強激光與原子相互作用過程的影響。建立全量子光與原子相互作用的理論依舊是個開放問題。

在量子光學中，相幹态和壓縮态是兩個滿足最小不确定性條件的量子光場。相幹态通常被認為是最接近經典描述的量子态，壓縮态則是典型的非經典态，它們被廣泛應用在量子計量和量子信息等領域。随着強量子光源産生技術的不斷發展，現有壓縮态光場的峰值電場強度已達到2×10¹¹W/cm²，使得量子光學和強場物理的交叉逐漸成為可能。

劉運全課題組和何瓊毅課題組合作發展了一套基于廣義Glauber P表象量子光學修正的強場近似理論(quantum optical-corrected strong-field approximation, QOSFA)。利用QOSFA模型，團隊分别計算了強相幹态和壓縮态光場下氫原子電離的光電子動量分布。在強經典光場(相幹态)下，光電子動量譜會呈現激光周期間幹涉環（能量上表現為阈上電離光電子峰），如圖1(a)。而當氫原子被強壓縮光電離時，光電子動量譜的阈上電離峰消失，并且隻能觀察到激光周期内形成的電子幹涉結構[圖1(b)]。

圖1 (a)相幹光的相空間分布(左)，電場和矢勢(中)，以及電離得到的光電子動量分布(右)；(b)壓縮光的相空間分布(左)，電場和矢勢(中)，以及電離得到的光電子動量分布(右)。

通過鞍點近似方法，研究團隊發現壓縮态光場的量子漲落導緻隧穿電子波包的相位随着光場演化存在不确定度[圖2(a)和圖2(b)]，它進一步影響着不同時刻出射電子的相幹性，并且調制了它們之間的幹涉結構。研究團隊還發現光電子積累的相位不确定度會導緻電離率随着光電子在激光場中的運動而降低。如圖2(c)所示，在一個激光脈沖包絡内，較早電離的電子波包(圖2(c)中的W₁)，其電離率的衰減程度明顯大于更晚電離的電子波包(圖2(c)中的W₄)。這是因為較晚電離的電子波包在壓縮光場中積累的相位不确定度小。因此末态的電子電離率受到了不同程度的調制[圖2(e)]。最終，光電子動量分布體現為較晚電離的電子波包W₃和電子波包W₄的周期内幹涉。

圖2 (a)勢壘下電子的相位不确定度；(b)經典域電子的相位不确定度；(c)電子電離率對電離時刻以及傳播時刻的函數；(d)電離時刻的電離率；(e)末态的電離率。

beat365官方网站2022屆博士畢業生方一奇（現為德國洪堡學者）、beat365副研究員孫風潇為論文第一作者，劉運全和何瓊毅為該論文共同通訊作者。研究工作得到了國家自然科學基金委、科技部、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、量子物質科學協同創新中心和極端光學協同創新中心等的支持。

論文原文鍊接：

http:/journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.253201