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超强超短激光脉冲技术的发展以及高功率高强度的同步辐射光源和新型X 射线自由电子激光的相继出现，引起了人们极大的兴趣，再次激发了我们对强场激光与物质相互作用的研究热情，非线性光学以及X 射线光谱学取得了突飞猛进的发展。本论文的主要目的是探索高强度的激光脉冲与物质相互作用的微观机制， 解释和预测非线性光学以及X 射线光谱学领域中各种新颖的物理现象。
本论文的研究内容包括有机分子材料的光限幅特性、X 射线自由电子激光在原子介质中的传播特性和共振X 射线散射光谱等，取得了一系列创新点，不仅对该领域理论的发展，而且对指导实验工作有重要的意义。44465
飞秒激光与物质相互作用的超快光学诊断
飞秒激光因其极短的脉冲宽度和极高的峰值功率等特点为强场物理及超快探测领等科学研究领域开辟了新的方向，同时也为在微纳加工、生物和医学等应用领域中发挥着不可替代的作用。在与飞秒激光相关的诸多研究和应用中，飞秒激光与物质相互作用是最基本的物理过程。对飞秒激光脉冲与物质相互作用机制的研究，对飞秒激光脉冲技术的应用以及对物理科学本身都有极其重要的意义。然而目前为止，人们在对这一过程的认识和研究中，还存在许多未能解答的科学问题。本文对飞秒激光与金属、透明固体等物质在不同的环境下相互作用的超快过程进行了实验和理论研究，其主要研究内容如下：
1．利用飞秒脉冲数字全息术和时间分辨阴影成像技术对高能流飞秒激光烧蚀固态物质过程中物质喷射的动态过程进行了研究。我们在400 hill和800 nm这两个截然不同的探测光波长下，在烧蚀铝、铜、镍、钨、硅和石英玻璃过程的全息图中观察到了不同方向的干涉条纹移动现象。我们认为这一现象是由折射率大于1的中性物质的喷射造成的。
2．根据从全息图计算得到的相位差图以及与之对应的阴影图，我们推测出了不同位置处喷射羽流的成分：在冲击波前端和接触前端之间的物质为自由电子、铝离子和空气等离子体。
飞秒激光场中双原子分子电离解离动力学理论研究
随着脉冲激光技术的发展，超快超强脉冲激光越来越多论文网地被用来控制光化学反应。从理论上研究在超快超强激光场作用下的原子和分子动力学具有重要的意义。对于求解原子和双原子分子等这类少体问题，使用基于求解含时SchrSdinger方程的量子波包方法能够详细地描述系统的时变动力学过程，因此它被广泛地应用于分子反应动力学研究中。
本论文基于量子含时波包方法来研究双原子分子在飞秒激光场中的动力学过程，探索利用飞秒激光脉冲控制化学反应的方法。主要工作包括以下几个方面：
(1)使用一维含时波包模型，计算并讨论了NO分子里德堡态C2Ⅱ和价态B2Ⅱ之间的非绝热相互作用对C2Ⅱ卜X21-I吸收光谱的影响。从激发态波包随时间的演化过程可以看出，波包的一部分在里德堡态C2Ⅱ上演化而另一部分则被束缚在价态B2n上。结果表明，C2I]和B2Ⅱ之间的相互作用会影响到C2Ⅱ卜X2Ⅱ吸收谱峰的强度和位置。C2Ⅱ态．t=v7=0，1，25J吸收谱峰发生红移，而∥=3，4，5的峰发生蓝移。
(2)以N砚分子为例，讨论了利用电离连续态作为中间态实现激光控制分子布居转移的可行性。首先使用一维含时波包模型，研究了激光强度、延迟时间、失谐对布居转移效率的影响。之后，将一维波包的计算结果与二维含时波包模型的结果进行比较，研究分子转动和分子取向对布居转移效率的影响。结果表明，尽管电离连续态对布居转移会产生一定损耗，同时分子转动也会在一定程度上降低布居转移效率，但是通过合理调节激光参数，仍然可以实现较高的布居转移效率。