强激光场驱动的原子里德堡态激发及电离（特邀）

赵勇，周月明

（华中科技大学 物理学院，武汉 430074）

0 引言

超快超强激光技术最近几十年发展迅速。目前已得到的最短激光脉宽已经在50 阿秒（Attosecond， as，10-18s）以下［1］，得到的激光聚焦后峰值强度能达到1022W/cm2以上［2］。在微观世界中，分子的转动在皮秒（Picosecond， ps， 10-12s）量级，原子核的振动在飞秒（Femtosecond， fs， 10−15s）量级，而电子的运动在阿秒量级。超快超强激光技术为探索原子分子微观结构乃至内部电子的运动规律、操控电子行为提供了一种重要手段。在强激光的作用下，原子分子会被电离，进而诱导许多有趣的非线性物理过程，比如阈上电离（Above Threshold Ionization， ATI）［3-9］、非次序双电离（Non-sequential Double Ionization， NSDI）［10-12］和高次谐波产生（High-order Harmonic Generation，HHG）［13-16］等。在过去几十年中，这些强场过程引起了人们的广泛关注。

强激光场驱动的原子分子电离是强场物理中的许多超快现象的第一步，也是许多研究关注的重点。随着激光强度和激光波长的变化，原子发生电离的机制也各不相同。如图1 所示，原子在激光场中的电离机制大致可分为单光子电离（Single-Photon Ionization， SPI）、多光子电离（Multi-Photon Ionization， MPI）、隧穿电离（Tunneling Ionization， TI）和越垒电离（Over-Barrier Ionization， OBI）［17］。在强场电离中，人们通常使用Keldysh 参数［18］（也叫绝热参数）来区分占主导的电离机制，其中，Ip表示电离势，Up=F2/4ω2表示电子在激光场中的有质动能，ω和F分别表示激光的频率和电场振幅。当γ≫1 时，原子主要发生多光子电离，此时激光强度较小，电子通过吸收多个光子跃迁到连续态而电离。当γ≪1 时，隧穿电离占主导，此时激光强度较大且激光频率较小，被激光场压低的势垒相对静止，电子主要通过隧穿到连续态而发生电离。……