利用量子S-矩阵理论, 研究了光电子末动量沿着强激光场的极化方向, 以及与场方向存在一定夹角时, He原子高阶阈上电离光电子能谱的类共振增强结构。研究发现: 光电子末动量不论是沿着场的极化方向还是与场的极化方向存在一定夹角时, 均会出现类共振增强结构, 且该结构出现的光强满足通道关闭(channel closing, CC)条件, 从而证实了空间类共振增强结构的通道关闭机制。同时, 结果表明在光强一定时, 随着光电子出射角度的不断增加, 类共振增强结构会逐渐向低能量方向移动; 而当光电子出射角度不变时, 随着光强的不断增加, 类共振增强和抑制现象会交替出现在光电子能谱中, 造成这些现象的可能原因是返回次数不同的量子轨道之间的相干叠加。进一步分析发现, 在光电子末动量与场的极化方向存在一定夹角时, 也会出现类似于沿着场方向的type-i和type-ii两种类共振增强结构。

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。

实验上,在线偏振和圆偏振强激光场中测得同核双原子分子O2在两个不同波长(800 nm和1500 nm)下的离子产量随光强变化曲线,发现其呈现出有趣的波长和偏振依赖关系: O2+产量在长波长下比短波长下更低,且不同波长间 O2+产量的差距在圆偏振光下相较线偏振下变得更大。利用散射矩阵(S-Matrix)理论模型定性地重复出实验结果,并从电子动量分布方面进一步确认了分子轨道效应对O2强场单电离的影响。

基于精确的角动量依赖的模型势,提出了利用激光脉冲驱动He原子产生布居数可控的基态与较低激发态的制备方案。通过数值求解三维含时薛定谔方程得到了相应的波长、峰值强度和脉宽激光参数。数值模拟结果表明,对于2s、2p、3p激发态,激光脉冲结束时的布居数均可达到100%。而对于3s和3d态,由于它们之间的能级差较小,且存在一定的电离几率,布居数最高仅到80%和86%。

利用波长可调谐的强飞秒激光脉冲,在中红外波段系统地测量了氙原子的单电离离子产率随光强的变化关系。基于PPT模型和ADK模型进行了理论计算,并将理论计算结果与实验结果进行了对比,发现在整个测量区域,基于PPT模型的计算结果均与实验结果相符,而在较长波长、较高光强时基于ADK模型的计算结果与实验结果吻合较好。两种理论模型在深隧穿电离区域的一致性及其描述原子单电离行为的有效性在实验中得到了直接验证,可以利用这两种模型准确地标定长波长激光脉冲的绝对光强。

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

通过求解狄拉克方程，对强激光场下真空极化问题进行了研究。理论计算结果表明：在仅随时间变化的电场下，要激发狄拉克海中负能级的电子，需要两个阈值条件，即激光场的电场强度大于等于1016 V/cm和激光场的持续时间大于等于10-21 s。前者主要保证负能态电子有足够的能量跃迁到正能态，后者主要是保证电子在跃迁过程中动量亏损得以补偿。

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。