强激光脉冲作用下原子高阶阈上电离谱中电子产率的因式分解问题

最近，“飞秒光物理和介观光学”创新研究群体成员彭良友副教授及其合作者在超短强激光脉冲作用下原子的高阶阈上电离谱中电子产率的因式分解问题上取得重要进展。研究结果被最近一期的Phys. Rev. Lett.所报道，彭良友副教授是这篇论文的共同通讯作者【http://prl.aps.org/abstract/PRL/v108/i21/e213002】。

强激光脉冲与原子分子的相互作用是一个高度复杂的非线性过程，电子可以从激光场中同时吸收成百上千个光子，从而导致电子能以很高的能量电离，或者被库伦势重新俘合而放出能量非常高的光子。实验和理论已经表明，电子能谱呈现出一个很长的平台区，紧跟着一个截断区。这一现象能够以电场的观点用基于经典牛顿力学的重散射模型予以定性地解释。正是由于电子的重散射，人们发现平台区的电子能谱中包含了母体离子的结构和动力学信息，因此可以用电子能谱来对这些信息进行“成像”：也就是不同类别的原子具有不同的谱特征，能够大致反映电子与离子的碰撞电离截面。这种成像被人们广泛的接受并在各种场合加以应用。但是，这种成像是基于一种未加严格证明的一种叫做定量重散射理论的假设：平台区和截止区电离电子的产率能够分解为两个相乘因子的积，一项是电子与母体离子的弹性散射截面，另一项是与激光参数相关的电子波包。

彭良友副教授及其合作者对这一电子产率的因式分解的假定进行了细致而严密的研究。他们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，发现上述的因式分解在一般情况下并不严格成立，因为产率是各种不同动量电子弹性散射振幅的相干叠加，而电子弹性散射时的动量又敏感地依赖于激光的具体参数，譬如说周期数和载波包络相位。他们的理论结果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。他们利用解析和数值两种方法的对比研究表明，电子产率的因式分解只有在激光脉冲非常短的情况下或者在无限长的单色激光作用下才严格成立。

上述工作是群体在利用阿秒脉冲探测和控制原子内部的电子动力学方面获得进展后的又一突破【http://www.phy.pku.edu.cn/research/projects/111027.xml】。这些研究工作得到了国家自然科学基金面上和创新群体研究项目以及人工微结构和介观物理国家重点实验室的大力支持。