中文摘要：

研究超短超强激光场中原子和分子的动力学行为，是当前国际物理研究领域的前沿热点课题之一，其研究具有重要的科学意义和应用价值。本项目基于现有的非微扰量子S-矩阵理论，致力于对其的发展和推广，力求更加深入地研究真实原子和分子体系在强激光场中的电离动力学行为。具体地，本项目拟超越"强场近似"的理论框架，研究原子和分子在强激光场中发生双电离时，离子的长程库仑势对电离过程的影响；放弃"冻结核近似"，研究分子中原子核的运动对其电离过程的影响，研究分子的电离过程对其取向的依赖，以及分子多中心量子干涉等现象；研究原子和分子在中红外波段的强激光场中深隧穿区域的电离动力学；对原子和分子在较低场强下的双电离过程进行深入地研究。本项目将发展和完善现有的量子S-矩阵理论，将解析推演和数值模拟相结合，密切结合国际国内相关实验，促进对强激光场中复杂原子和分子动力学行为的深入了解，并为其各种可能的应用提供理论参考。

结论摘要：

本项目，我们利用非微扰的量子S-矩阵理论，深入研究了强激光场中原子发生双电离时，母体离子的长程库仑势对电离过程的影响；强激光场中非取向排列的双原子分子的非次序双电离（NSDI）过程；CO2分子低能占据轨道的隧穿电离产生的分子取向依赖的荧光光谱；双原子分子在中红外波段强激光场中的电离抑制效应；中红外波段强激光场下氩原子高阶阈上电离的类共振增强结构。首先通过将S-矩阵与半经典理论得到Ne原子NSDI的电子动量关联分布进行比较，我们发现目前的S-矩阵理论中由于忽略了母体离子对电离电子的库仑作用，导致在激光场光强较大时低估了多次返回碰撞（MRC）NSDI过程的贡献，因而仍需进一步发展完善；其次，我们将S-矩阵理论推广到分子的情况，研究了非取向排列的双原子分子N2和O2的NSDI过程，研究表明NSDI过程对分子的空间结构依赖性很强。同时，为了消去了单电离（SI）对NSDI过程的影响，我们计算了NSDI/SI比值对激光场光强的依赖关系，并得到与实验定性一致的结果；再次，通过对隧穿电离产生的分子取向依赖的荧光光谱的测量，得到CO2分子的低能占据态轨道（HOMO-1和HOMO-2）的空间结构信息，并与长度规范SFA 以及MO-ADK 的计算结果定性的一致，这为人们区分分子中不同轨道的贡献，进而获得它们的空间结构信息提供了有利的工具；另外，实验上我们对比研究了双原子分子N2和O2与他们的对照原子在中红外和近红外波段下的电离行为。研究发现，N2与其对照原子Ar的电离率基本一样且不随光强和波长变化而变化，而O2的电离率相对于Xe明显被抑制了。更重要的是，我们发现该电离抑制对激光光强和波长都有很强的依赖关系。利用S-矩阵理论我们很好的再现并解释了该现象，并且揭示了从O2 分子的不同核电离出的电子波包的干涉效应的重要作用；最后，我们研究了不同波长强激光场下氩原子高阶阈上电离光电子能谱中的类共振增强结构。研究表明，在近红外和中红外波段下,光电子能谱中均会出现类共振增强结构。我们还发现随着激光波长和光强的增加，光电子能谱中类共振增强和抑制会交替出现，而利用它可以解释实验观察到的长波长下出现的类共振增强能量范围展宽的现象。综上，本项目很好地完成了预定计划中的各项工作，并取得了预期的研究成果。本项目的研究将推动对超短超强激光场中原子和分子动力学行为的全面理解，并为今后相关的应用打下理论基础。