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“飞秒光物理和介观光学”创新研究群体在飞秒强激光场原子分子物理研究中取得系列创新成果

  2005年龚旗煌教授带领的“飞秒光物理和介观光学”研究团队获批为国家自然科学基金委创新研究群体,2008年和2011年两次考核又分别以优异的成绩获得延续资助。在过去的六年中,研究团队围绕时间-空间极端条件光学前沿,以实验系统建设和光学前沿及交叉研究为本,不断深化研究内容。群体完成的超快全光开关工作获得2011年国家自然科学奖二等奖。 近三年来,群体又在飞秒强激光场原子分子物理研究方向,包括飞秒激光驱动的分子取向、强激光场原子分子电离解离动力学、阿秒脉冲原子分子动力学成像等研究方向不断取得创新成果,发表了一系列重要论文并撰写国际系列丛书综述章节等。

  通过数年努力,创新研究群体成员吴成印副教授,刘运全研究员和龚旗煌教授等建设了国内首台用于原子分子强光物理研究的离子电子动量成像谱仪装置,可以测量飞秒激光驱动的分子电离解离产生的离子-离子以及离子-电子的动量符合谱,谱仪动量分辨等性能指标达到国际先进水平,并获得了北京大学第六届实验技术成果奖一等奖(http://www.lab.pku.edu.cn/tzgg/23633.htm)。离子电子动量成像谱仪和飞秒激光光源结合,极大地提升了团队在原子分子物理领域的实验研究能力。利用成像谱仪强大的符合测量功能,精确测量了隧道电离区原子分子阈上电离电子的能谱结构,揭示了低能电子谱峰结构的物理本质[(C. Wu et al.,Phys. Rev. Lett. 109, 043001(2012)];对强激光场中原子电离光电子角分布进行全微分测量, 发现在强激光原子隧道电离区, 零动量电子的相对产额随着激光光强的增加而减少,即局域电离抑制现象[H. Liu, et al., Phys. Rev. Lett. 109,093001(2012)];通过改变周期量级飞秒激光的载波相位,实现对一氧化碳分子二价电离态的非对称解离通道的控制,同时也实现分子三价离子的非对称解离通道的控制[Y. Liu et al.,Phys. Rev. Lett. 106, 073004(2011)];实验上首次研究了激光强度处于原子双电离阈值附近的电子关联问题,发现原子结构对非序列双电离的电子关联行为具有重要影响[Y. Liu et al., Phys. Rev. Lett. 104, 173002(2010)]。

 利用离子电子动量成像谱仪测量的近红外强激光场中原子电离的光电子角分布

 低能区的阿秒条纹相机谱

  在强激光原子分子物理理论研究方面,该创新研究群体也取得了重要工作进展。彭良友副教授和龚旗煌教授等在国内率先开发了精确求解双电子原子在激光脉冲作用下的全维含时薛定谔方程的大型并行程序[Z. Zhang, et al.,Phys. Rev. A 84,043409 (2011)],这种没有引入任何软化库伦势近似的5维空间+1维时间的双电子含时薛定谔方程,在国际上也仅有少数几个研究组能够精确求解。另外,他们利用阿秒脉冲的泵浦探测来追踪单分子内部电子的运动过程,在单分子层次上验证了可预测性和干涉衬比度间所应满足的普遍关系。该工作作为封面文章和Fast Track Communications在J. Phys. B上发表[M. Xu et al., J. Phys. B 44,021001 (2011)],并作为唯一来自中国的研究工作在西班牙马德里举办的第十届国际飞秒大会上做邀请报告。随后他们提出了低能区阿秒条纹相机的概念,展示了电离的电子与其原子实相互作用时的波粒二象性,使得利用激光驱动的电子波包对原子分子势的全息成像成为可能 [M. Xu et al., Phys. Rev. Lett. 107, 183001(2011)]。最近,他们与合作者一起从理论上导出了中性原子在超短超强激光脉冲作用下高阶阈上电离电子产率的解析表达式,阐明了前人因式分解公式的不足,该表达式在不同激光参数下对不同类别的原子都成立,与精确数值求解含时薛定谔方程的结果完美吻合[M. Frolov et al., Phys. Rev. Lett. 108, 213002 (2012)]。

  研究团队多年来得到了国家自然科学基金委、科技部以及人工微结构和介观物理国家重点实验室等的大力支持。经过多年的建设和积累,“飞秒光物理和介观光学”创新研究群体在飞秒强激光场原子分子物理研究领域已经聚集一批优秀青年人才,具备了高水平的实验研究条件,以及源源不断的创新能力。

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