超快原子分子光物理
2025, 74 (15): 158702.
doi: 10.7498/aps.74.20250573
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飞秒激光激发非线性材料是目前太赫兹的关键产生技术之一, 其由于具有超快时间分辨、超宽频谱分布等优点, 已广泛应用于太赫兹表征与测量、感知与成像等方面. 然而通过微结构等对太赫兹波的调控方法只能对太赫兹传输过程进行调控, 且面临设计困难、工艺复杂等障碍, 难以在产业上广泛应用. 本文通过引入脉冲整形系统改变飞秒激光脉冲的时间色散, 可以直接调控飞秒激光与铌酸锂晶体的相互作用过程, 从而对太赫兹产生过程进行直接调控. 同时利用冲击受激拉曼散射模型与黄昆方程, 对太赫兹波的产生过程进行仿真模拟, 证明了利用飞秒激光脉冲时间色散调控太赫兹波的可行性. 这一结果对于未来基于铌酸锂晶体的片上太赫兹源主动调控具有重要的借鉴意义.
2025, 74 (15): 153303.
doi: 10.7498/aps.74.20250459
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阿秒钟技术为研究原子分子强场电离过程中电子超快动力学提供了强有力的工具. 该技术依赖定量理论模型从实验测量得到的光电子频谱反演电离过程中系统的超快时域信息, 而构建定量强场理论模型的关键问题之一是库仑效应的理论描述. 与原子相比, 分子具有多中心库仑势, 在外场中具有许多新的效应, 这为检验定量理论模型的适用性提供了更广阔平台. 本文针对拉伸到大核间距的分子的阿秒钟特征观测量, 比较了不同理论模型的预言, 指出最近提出的半经典响应时间理论预言与数值实验结果更一致. 该理论强调, 与具有经典性质的远核库仑效应相比, 具有量子性质的近核库仑效应对分子隧穿电离影响更显著. 本文进一步展望了该理论模型在具有电荷共振、固有偶极、取向效应以及复杂库仑势形式的分子强场电离中的应用.
2025, 74 (15): 150301.
doi: 10.7498/aps.74.20250483
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康普顿散射是指强激光场与物质中电子相互作用导致光子发射的非弹性散射过程. 近年来, 随着X射线自由电子激光器迅速发展, X射线激光的强度逐渐增大, X射线单光子康普顿散射过程的信号逐渐增强. 本文基于非微扰量子电动力学的频域理论研究强X射线激光场下束缚电子的单光子康普顿散射过程. 发现随着入射光子能量的增大, 在背向散射时康普顿散射双重微分概率会逐渐降低. 本工作为高频强激光场中康普顿散射与原子电离之间建立了联系, 为探索高激光强度下的原子结构动力学提供了一个研究平台.
2025, 74 (15): 150201.
doi: 10.7498/aps.74.20250388
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分子的几何相位效应, 也称为分子Aharonov-Bohm效应, 源于对势能面锥形交叉结构的研究. 在核构型空间环绕锥形交叉点时, 绝热的电子波函数会获得π的相位, 导致其符号反转; 而核的波函数也需相应地改变符号, 保持总波函数的单值性. 该相位与锥形交叉结构拓扑相关, 只有适当地引入分子几何相位才能在绝热表象下准确地描述量子体系的动力学行为. 在透热表象下, 可以隐式地处理几何相位效应以及核-电子的非绝热耦合问题. 本文基于几何相位的量子动力学方法, 设计了一种可以直接提取分子动力学中几何相位的方法. 该相位不同于由锥形交叉拓扑结构导致的量子化的π相位, 它是连续变化的, 是量子体系在投影希尔伯特空间演化时, 几何相位的一种规范不变的表示. 本文的研究为探索分子几何相位及其效应开辟了一个新视角, 并有望为实验研究分子动力学中的几何相位提供一个可能的观测量.
2025, 74 (9): 093202.
doi: 10.7498/aps.74.20250064
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分子强场近似(SFA)理论虽然在描述强激光场中分子的超快动力学方面取得了巨大的成功, 但是理论本身存在关键的矛盾. 一方面SFA基本思想要求初态为无场下的系统本征态, 另一方面物理过程的空间平移不变性要求系统初态应当为激光场缀饰态, 这两个相互矛盾的要求分别对应非缀饰态和缀饰态两种形式的分子SFA理论, 两种理论的有效性和适用条件存在广泛的争议. 本文对(椭)圆偏振激光场中N2和Ne2分子的电离过程进行了研究, 期望能给出上述争议的解答. 椭圆偏振光能有效抑制再散射过程及各种干涉效应的影响, 使得电离过程更加干净, 因此可以有效甄别缀饰态和非缀饰态的适用条件. 本文采用SFA方法及库仑修正强场近似(CCSFA)方法计算了缀饰态和非缀饰态下不同分子轨道对应的光电子动量分布, 并与已有的实验结果进行了对比. 结果发现, 对于Ne2这样核间距较大的分子, 必须采用缀饰态才能准确地描述其电离特征; 而对于N2这样核间距较小的分子, 缀饰态描述则不适用. 本文的结论为准确描述激光诱导分子超快过程及相应理论的进一步发展提供了参考.