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原子分子在强激光场中产生的高次谐波研究
强激光场与原子、分子等相互作用时可以产生高次谐波。大量实验结果表明，原子高次谐波的普遍特征是：随着谐波阶数的增加，开始几阶谐波的强度迅速地下降，接着展示出一个平台，在平台区内，谐波的强度随谐波阶数的增加变化很小，在平台区域末端的某一阶次谐波附近，谐波强度迅速下降并出现截止。最大光子能量为 p p I + 3.17U( p U 为有质动力能， p I 为原子的电离能)。高次谐波谱平台区的出现，使得人们可以利用高次谐波获得相干极紫外高频段辐射源XUV 和X 射线源，而且高次谐波是人们获得阿秒脉冲的首选光源，因此，高次谐波近年来一直是研究工作者广泛关注的课题。本论文研究了原子和分子在强激光场中产生的高次谐波和电离特性，其主要研究工作如下：
第一，将伪谱方法推广应用到 KH 坐标系中并求解了强激光场中一维模型原子的含时薛定谔方程,研究了一维模型原子在强激光场中的稳定性。结果表明，在中等强度的激光场中,原子没有发生电离抑制,而在高频超强激光场中,原子的电离受到抑制，即原子在激光场中稳定。
第二，利用数值方法求解含时薛定谔方程，研究了一维、两维模型氢原子和三维真实氢原子在强激光场中产生的高次谐波和电离概率。计算结果表明，在多光子电离区域和过垒电离区域，模型氢原子与真实氢原子产生的高次谐波和电离概率差别很小；在隧道电离区域，模型氢原子与真实氢原子产生的高次谐波其平台特征和截止位置相同，电离概率随时间变化的趋势相近，但其数值有明显的差异，造成这种差异的原因是三种原子中电子动量分布的不同引起的。
第三，利用分裂算符方法数值求解了三维真实氢原子的含时薛定谔方程，研究了静电场对强激光场中氢原子产生高次谐波的影响。研究结果表明，静电场的加入使得奇次谐波的强度降低，而谐波谱中出现了偶次谐波和双平台结构，并且随着静电场强度的增大，谐波谱的第一平台变窄，而第二平台加宽；借助于小波分析发现，第二平台截止位置附近的谐波其发射是由间隔约一个光学周期、脉冲宽度为阿秒量级的脉冲链构成，这为实验上获得阿秒脉冲提供了新的途径。
整形激光下原子分子动力学过程相干控制的研究
基于飞秒激光脉冲整形的量子相干控制技术为研究光与物质非线性相互作用提供了一种非常有效的控制手段，被广泛应用在物理、化学和生物领域。本文利用基于飞秒激光脉冲整形的量子相干控制技术研究了非共振双光子跃迁、单光子荧光、相干反斯托克斯拉曼散射、共振调停多光子吸收以及共振增强多光子电离光电子能谱的相干控制，其中主要内容包括：
(1)回顾了量子相干控制思想的提出和建立，以及脉冲整形技术的物理基础和类型。
(2)我们从实验和理论两方面研究了分子体系中非共振双光子跃迁的相干控制。通过对飞秒激光脉冲进行相位扫描和余弦相位调制，我们发现分子体系中非共振双光子跃迁几率可以被削减但不能完全消除，这是起因于分子体系较宽的吸收谱和复杂的能级结构。为此，我们研究了分子吸收谱的谱宽和形状对非共振双光子跃迁相干控制的影响；当分子吸收谱的谱宽小于激光光谱宽度的两倍时，通过兀相位扫描控制双光子跃迁会出现一个相干峰及分布在其两侧的两个相干谷的相干特征；吸收谱的宽度决定了相干峰和相干谷的强度，而吸收谱的形状决定了两个相干谷的对称性。此外，通过对飞秒激光脉冲进行相位跳跃的调制，我们实现了非共振双光子荧光的相干增强，并证实这是由于激发态上振动波包的相干相长干涉引起的。