超短激光脉冲的出现为人们研究原子分子内电子的超快动力学过程提供了重要的技术手段。强激光诱导原子分子的光电离过程是光诱导物理过程的基石，也是目前强场物理领域的前沿热点之一。本文重点综述了双波长圆偏振光场中分子电离动力学的研究进展。首先，介绍了研究强场分子电离动力学的半经典模型，给出了电离电子波包的相位和振幅分布。然后，介绍了利用双波长圆偏振光场测量H₂分子和CO分子的电离动力学的研究，发现电离电子的振幅结构以及隧穿后电子受到的长程库仑势都会影响电子的动力学过程。此外，电子波包的相位结构也会包含在光电子的发射角中，这个初始相位编码了电子吸收光子而电离过程中的时域信息。最后，对新型阿秒钟在分子光电离过程中的应用进行了总结，并展望了未来复杂分子体系的应用前景。

采用开放的梯形三能级原子模型及密度矩阵方程理论，数值模拟了不同参数条件下，双色双光场多光子电离过程中粒子数布居随时间的变化。发现两束激光频率失谐量均为零时，基态、第一、第二共振态粒子数布居随时间呈现振幅减小的拉比振荡，第一共振态布居振荡的频率是基态和第二共振态布居振荡频率的两倍，第二共振态和基态之间可存在较大粒子数布居反转，为实现短波长脉冲相干光输出提供了可能，且激光拉比频率越高，布居振荡频率及粒子数布局反转差值越大。两束激光同步作用于系统，亦有利于粒子数布居反转。

相对于近红外波段的飞秒激光脉冲, 紫外波段的飞秒脉冲由于具有单光子能量高、聚焦特性好、电离率高和成丝阈值低等优点, 在高功率密度光场的产生、等离子体光物理等领域有着越来越广阔的应用前景, 成为激光技术的研究热点。随着紫外飞秒激光技术的发展, 传统的脉宽测量方法不能满足需求。指出了紫外飞秒激光脉宽测量研究的主要进展, 讨论了目前可用于紫外飞秒激光脉宽的测量方法, 主要有双光子荧光测量法、互相关法、简并四波混频法、多光子电离法, 介绍了相关测量原理与特点。在此基础上, 对紫外飞秒激光脉宽测量技术研究前景进行了展望。

光学元器件的激光损伤问题, 一直以来都困扰着超强超短激光系统的进一步发展。飞秒激光领域, 激光脉冲引起的光学器件损伤主要由材料的本征特性决定。光学材料内的多光子电离、雪崩电离、导带电子弛豫等一系列非线性过程, 与材料的激光损伤过程密切相关。利用泵浦探测技术, 采用中心波长为800 nm, 重复频率1 kHz的飞秒激光脉冲, 对Nb2O5/SiO2啁啾镜介质膜的内部与飞秒激光损伤相关的超快动力学进行了研究。发现强的泵浦光脉冲辐照结束后飞秒乃至几十皮秒的范围内, 啁啾镜对探测光的反射率有一定程度的下降。反射率降低的主要原因是泵浦光在介质膜的Nb2O5层内激发的大量的自由电子对探测光吸收所致, 且该过程对激光诱导损伤过程起主导作用。通过反射率的变化, 对其介质膜内导带电子弛豫过程进行探究, 测定得到其衰减寿命, 分别为1.31、6.88、22.34 ps。

采用具有旋转对称性的三维空间电离模型, 对紧聚焦条件下中心波长为800 nm、脉冲宽度为50 fs的激光脉冲产生的空气等离子体的时间和空间特性进行了数值模拟, 揭示了整个等离子体区折射率的动态演化过程。计算结果表明：当激光脉冲开始聚焦时, 靠近焦点前方的空气首先被电离, 随后产生一个中心区域达到饱和、边缘具有很高折射率梯度的水滴状等离子区域; 随着激光脉冲继续向焦点传播并越过焦点, 等离子体区进一步向前延伸, 直至在焦点前后形成一个近乎对称的双卵形结构; 脉冲通过焦点区域后, 空气等离子体强度沿传播方向逐渐减弱, 直到最终完全消失; 在10倍物镜聚焦下, 脉冲能量为500 μJ、脉冲宽度为50 fs的激光脉冲产生的空气等离子体由产生到消失的整个过程约持续3 ps。理论计算结果与30 kPa低气压环境下的实验观测结果相吻合。

利用多光子电离技术和飞行时间质谱仪实验研究了醇/水混合团簇的光电离质谱。 在脉冲激光波长为355 nm条件下, 观测到以质子化 (ROH)n(H2 O)H + 混合团簇离子和 (ROH)n H + 团簇离子为主的电离产物。醇水混合团簇电离后团簇离子发生内部质子 化转移反应是形成质子化团簇离子的主要原因。应用量化计算, 构造了质量数较小的几个团簇离子的 可能的空间几何构型, 发现二元团簇离子 (CH3 OH)n (H2 O)H + 是以 (CH3 OH)H + 作为内核离子, 再通过氢键 与其它分子组合而构成团簇离子。

通过求解光和物质相互作用的速率方程，获得了(1+1)共振增强多光子电离过程中电离几率的解析表达式，以该表达式为基础，理论模拟了激光强度、激光脉宽、碰撞弛豫速率等参量对（1+1）多光子电离几率的影响。发现电离几率随激光强度、激光脉宽的增加而增大，到一定程度达到饱和，激光脉宽越大，电离几率随激光强度增加的速率越快，饱和光强值越小。当光强超过饱和值时，电离几率随激光强度的增加围绕饱和值1振荡，电离几率出现大于1的情况，这一有悖于事实的理论结果表明，由于强激光场和物质的相互作用改变了物质系统的能级结构特征，描述光与物质相互作用的速率方程理论不再适用。理论结果还显示，电离几率随碰撞弛豫速率的增加呈线性规律减小，但变化很小，所以样品气压对多光子电离几率的影响可忽略。

利用多光子电离技术结合飞行时间质谱仪对甲醇/水混合团簇进行了研究。在脉冲激光波长为355 nm条件下观测到团簇离子。主要的电离产物为质子化的 (CH3OH)n(H2O)H+ (n=1-13)混合团簇离子与(CH3OH)nH+ 团簇离子,经分析(CH3OH)10(H2O)H+ 和(CH3OH)3H+ 为幻数结构。甲醇水混合团簇电离后团簇离子发生内部质子化转移反应是形成质子化团簇离子的主要原因。不同尺寸团簇离子信号强度随电离激光光强变化的光强指数曲线显示,团簇均发生四光子电离过程。

共振增强多光子电离光谱技术已成为研究原子、 分子高激发态能级结构的重要方法。 运用光和物质相互作用的速率方程理论, 推导出四能级物质系统1+2+1双共振增强多光子电离概率的解析表达式, 以此为基础, 理论模拟了电离概率随激发光强、 激光脉冲宽度和碰撞弛豫速率的变化, 发现在1+2+1多光子电离机制中, 电离概率随光强的增加而增大, 继而出现单步、 双步激发饱和的现象, 直至饱和值1; 继续增大光强, 电离概率将围绕饱和值1窄幅振荡, 振荡幅度随光强增加而增大。 随激光脉冲宽度的增大, 电离概率从零开始逐渐增大直至饱和值1。 而随碰撞弛豫速率的增大电离概率以线性规律减小。

We present high resolution photoelectron energy spectra from multiphoton ionization (MPI) of Ar subject to laser pulses with wavelength of 400 nm, pulse duration of 35 fs, and maximum intensity of 5×10¹³ W/cm². Ionizations into Ar^{+ 2}P_3/2 and ²P_1/2 channels are observed and distinct resonance structures are found in both ionization channels. The intensity dependence of the resonance structures is explained in terms of the mechanism of Freeman resonance, i.e., transient resonances of alternating current (AC) Stark-shifted Rydberg states at specific intensities within the laser pulse.