隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前以電子為信息載體的技術(shù)手段已經(jīng)不斷趨近于其發(fā)展極限，不斷縮小的集成電路開始展現(xiàn)出量子特性。在此背景下，人們迫切需要在超快時(shí)間尺度和超短的空間尺度上精確了解電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。飛秒（10^-15秒）量級(jí)的超短激光脈沖是人們研究原子分子中電子運(yùn)動(dòng)的理想工具。結(jié)合人們對(duì)于原子分子體系的認(rèn)識(shí)，使用飛秒激光脈沖，人們已經(jīng)可以在阿秒（10^-18秒）量級(jí)的時(shí)間精度和埃(10^-10米)量級(jí)的空間精度上對(duì)原子分子中的電子波函數(shù)進(jìn)行成像，相關(guān)研究還將為人們觀測(cè)和控制分子化學(xué)反應(yīng)過程奠定堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。

當(dāng)原子處于飛秒強(qiáng)激光場(chǎng)中時(shí)，處于束縛態(tài)的電子會(huì)通過隧道電離的途徑變成自由電子，并在激光場(chǎng)的作用下回到原子實(shí)附近并發(fā)生彈性或非彈性散射，導(dǎo)致一系列強(qiáng)場(chǎng)原子物理現(xiàn)象（如高次諧波產(chǎn)生、阿秒光脈沖產(chǎn)生、高階閾上電離和多電子電離等）的發(fā)生。隧道電離電子可以在第一次返回原子實(shí)時(shí)發(fā)生散射，也有可能在第二次甚至更高次返回時(shí)才發(fā)生散射。已有研究對(duì)于第一次返回電子軌道有比較清楚的認(rèn)識(shí)，而對(duì)于多次返回電子軌道，其物理效應(yīng)和重要性則是一個(gè)長(zhǎng)期以來頗受爭(zhēng)論的問題。深入認(rèn)識(shí)多次返回電子軌道行為對(duì)理解飛秒強(qiáng)激光場(chǎng)中的隧道電離電子運(yùn)動(dòng)及相關(guān)物理過程具有重要意義。

中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所柳曉軍研究員領(lǐng)導(dǎo)的原子分子超快動(dòng)力學(xué)小組與北京應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)所、上海光學(xué)精密機(jī)械研究所以及德國(guó)Max Born研究所緊密合作，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量橢圓偏振激光脈沖下惰性氣體原子高階閾上電離光電子譜，系統(tǒng)研究了第一次與多次返回電子軌道行為及其對(duì)原子閾上電離過程的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著激光橢偏率的增大，高階閾上電離光電子譜中對(duì)應(yīng)不同能量區(qū)域的光電子產(chǎn)量出現(xiàn)不同程度的降低。相對(duì)而言，較低能的電子產(chǎn)量隨著橢偏率下降更慢一些，而更高能的電子產(chǎn)量下降更快一些。量子軌道理論計(jì)算很好地重復(fù)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步分析表明：不同能量區(qū)域電子產(chǎn)量隨激光橢偏率的不同變化行為反映了第一次與多次返回電子軌道對(duì)激光橢偏率的不同依賴性；增大激光橢偏率可以增大多次返回軌道對(duì)原子閾上電離過程的貢獻(xiàn)。研究工作幫助我們深入認(rèn)識(shí)了飛秒強(qiáng)激光場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的隧道電離電子行為，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的超快調(diào)控奠定了基礎(chǔ)。

相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上（Phys. Rev. Lett. 110, 043002 (2013)）。

該項(xiàng)目得到了“973”計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。（來源：中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所）