中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所卞學(xué)濱研究員與加拿大Sherbrooke大學(xué)Andre D. Bandrauk教授合作，在分子高次諧波研究方面取得新進(jìn)展，研究結(jié)果發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》（Phys. Rev. Lett. 113, 193901 (2014)）。
強(qiáng)場(chǎng)超快激光與原子分子相互作用后，會(huì)輻射出相干的高頻超短光脈沖。這種高能光脈沖被稱為高次諧波，是目前產(chǎn)生相干xuv及軟x射線光源的重要途徑。卞學(xué)濱研究員獨(dú)立編寫了數(shù)值模擬含時(shí)薛定諤方程的大型并行軟件，用480個(gè)CPU核共計(jì)10天的大型并行計(jì)算，全三維空間精確數(shù)值模擬了線形分子在強(qiáng)激光場(chǎng)中的動(dòng)力學(xué)。通過研究發(fā)現(xiàn)，除了之前報(bào)道的幅度調(diào)制（AM）外，在分子高次諧波中還存在頻率調(diào)制（FM）。
此前提出的AM方案會(huì)受到很多因素的影響。比如低階諧波處在微擾區(qū)域，存在隨著諧波能量增加幅度自然衰減的現(xiàn)象。此外，各個(gè)諧波通道之間的干涉相消，及電子與離子的散射截面依賴關(guān)系等，都會(huì)引起高次諧波的AM。因此，AM要排除眾多的外部因素才能用來探測(cè)分子的運(yùn)動(dòng)。而卞學(xué)濱研究員提出的FM，對(duì)以上影響因素是免疫的，可以很好地排除其他效應(yīng)的影響，是一種穩(wěn)定的研究分子超快運(yùn)動(dòng)的探測(cè)方法。通過分析高次諧波譜FM中的紅移量的大小，可以定量地反推出在激光與分子相互作用過程中，分子核間距變化的大小。
該工作給出了FM編碼分子內(nèi)部超快過程的機(jī)理，并提出了如何解碼提取相關(guān)信息的方案。目前還沒有分子高次諧波中FM的實(shí)驗(yàn)報(bào)道，卞學(xué)濱研究員的理論方案有望推動(dòng)強(qiáng)場(chǎng)物理領(lǐng)域相關(guān)實(shí)驗(yàn)的開展。
該工作得到了中國科學(xué)院“百人計(jì)劃”項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目（No.11404376）的支持。
圖：高次諧波中FM的原理。強(qiáng)激光與分子相互作用過程中，核間距增大，導(dǎo)致激光下降沿產(chǎn)出的諧波強(qiáng)度大于上升沿。這種非對(duì)稱性會(huì)引起明顯的頻率調(diào)制。
