高强度的飞秒激光在非线性介质成丝过程中会产生一系列非线性效应，如强场电离、转动拉曼、高次谐波、激射等，这些非线性效应与强场下分子的复杂运动有关。研究强场作用下的分子动力学问题将有助于更好地理解飞秒激光成丝过程中非线性效应背后的物理机制。综述了近年来飞秒激光在空气中成丝时主要分子动力学特性的研究进展，包括分子准直、分子电离、电子-离子复合以及分子能级的粒子数布居。最后对强场与分子相互作用研究所面临的机遇以及挑战进行了展望。

在强激光场中,通过Kramers-Henneberger(KH)变换和高频近似可以将狄拉克方程的求解从一个含时问题转换成一个稳态问题来研究。以氢原子为例,详细研究了相对论框架下该稳态问题中的有效库仑势的特点,并和非相对论框架下的结果进行了比较。研究发现,由于相对论有效质量的引入,有效库仑势的分布范围并不像非相对论条件下随着激光场强度的增强单调变大,而是增加到一定值后不再变化。另外,通过比较偶极近似和非偶极近似下有效库仑势的分布,发现对高频强场,偶极近似不再适用。under high-frequency intense laser fields

本文利用飞秒激光频谱相位整形技术和偏振调制技术, 对罗丹明B溶液中双光子荧光的相干控制进行了研究。通过对飞秒激光脉冲进行π相位扫描和余弦相位调制, 实现了罗丹明B溶液中双光子荧光的相干控制, 荧光强度能够被有效操控。经过理论模拟与分析, 证实罗丹明B溶液中双光子荧光强度的变化由双光子跃迁过程中不同量子路径之间的干涉相长和干涉相消引起的。对激光脉冲进行偏振调制的实验, 罗丹明B溶液中双光子荧光强度呈现出周期性变化; 经过理论模拟计算, 发现这种变化是受激光偏振的影响产生的。

为了在实验上增强非线性强场效应的信号强度, 基于电子在强激光束上的非弹性散射,提出一种双光束捕获电子的方案, 目的是通过延长电子和强场相互作用时间来提高非线性过程发生总概率, 实现观测信号的增强。数值模拟结果表明, 捕获后的电子和强激光场的相互作用时间可延长10倍以上。

利用分裂算符方法数值求解了真实氢原子在强激光场和静电场作用下的含时薛定谔方程，研究了静电场对强激光场中氢原子产生高次谐波的影响。研究表明，静电场加入后，奇次谐波的强度有所降低，并且谐波谱中出现偶次谐波和双平台结构。利用小波变换，观察了高次谐波在不同时刻的发射情况。借助于半经典理论，解释了在静电场作用下高次谐波发生变化的机制。

为了控制光场感应电离等离子体的温度以使得基于光场感应电离机制的X射线激光辐射获得更高的增益值,利用准静态隧道电离模型,定量计算了电子剩余能量与激光偏振参量、波长(频率)、激光强度以及电离介质电离能的变化关系。计算结果表明线偏振短波长激光以及高电离能介质产生的等离子体中电子剩余能比较低,因此适合用作复合机制X射线激光;对于低价离子在偏振度α介于0～1之间的某一处最高,因此,可以通过调整偏振度α,获得某一椭圆偏振光,会更有利于基于光场感应电离电子碰撞机制X射线激光增益的提高。

引入非线性空间变换，用伪谱方法求解了一维原子在强激光场中的薛定谔方程，再利用B样条函数和傅立叶级数的线性组合构造原子未微扰的本征函数，计算了一维原子在强激光场中的阚上电离谱，其结果与分裂算符法得到的结果符合得很好。

针对线偏振光场,提出一个原子极化模型.假设原子核为静止不动的正电背景,束缚电子不发生再电离,自由电子与离子也不发生复合,电子对电场的响应是瞬时的,并用旋转椭球来近似描述电子云的形状.通过此模型,可解析地计算出不同电离状态原子的第1阶线性和第3阶非线性极化率、相应的极化电流、以及极化介质(原子)的折射系数.在低场近似下,这些结果可自洽地过渡到传统的非简谐振子模型,并可得到对应的谐振子的固有频率和非线性系数.

对压缩真空与V型三能级原子的相互作用作了理论分析, 探讨了量子干涉效应对压缩真空中原子自发辐射的影响。当原子的上能级简并时强的量子干涉效应影响原子的定态和定态出射光谱, 使它们对原子的初态敏感。这种情况下, 压缩使谱线趋于关于压缩真空中心频率对称, 量子干涉使谱线趋于不对称。通过用单电子近似求解含时薛定谔方程, 用加窗傅里叶分析的方法, 分析了单原子产生的高次谐波的时间特性。理论分析表明, 基态粒子数消耗对不同级次谐波辐射的影响程度不一样; 谐波辐射随着入射激光场强度的增加会出现饱和; 随着谐波级次的增加, 谐波辐射越来越趋向于集中在更短的时间间隔内, 相应的线宽也随着谐波级次的增加而增加。

在激光强度大于1018W/cm2的条件下,利用强激光场中完全相对论的电子运动轨迹,得到了稀薄等离子体中的逆韧致吸收系数计算公式,并与原有的逆韧致吸收系数的计算公式进行了比较。