项目简介

本项目针对强场超短脉冲激光与原子分子的高度非线性相互作用，开展了一系列国际前沿性的研究工作，涉及了从红外光波段到X射线波段的有关非线性光学现象。发展和完善了研究强场超短激光脉冲和原子分子相互作用的理论和计算方法，并将计算方法程序化；提出了一种获得超短相干X射线脉冲输出的理论方案，推动了X射线光谱学的发展；阐明了分子双光子吸收截面与激光脉冲的参数的关系，发现了激光脉冲与强双光子吸收分子非线性相互作用的新现象和新机制。主要创新性研究成果包括：

  （一）发展和完善了强场超短脉冲激光与原子分子相互作用的理论方法，并发展了计算方法用于数值求解三维Maxwell—Bloch方程组以及计算散射谱，为发现强场超短的新物理条件下的新现象与新规律打下了理论基础。

  （二）研究了强场超短X射线自由电子激光与原子分子相互作用的非线性光学性质。揭示了非共振散射通道对共振非弹性散射光谱的强烈影响，从理论上提供了一种观测原子核动力学行为的方法；对于高能X射线光子，从理论上预测了分子X射线光电子谱中的转动多普勒效应，该转动多普勒展宽对光电子能谱具有明显的影响；基于分子解离态的X射线激射，发现了自捕获效应，预测了超短相干X射线脉冲的输出。发现了（相对）俄歇电子产率随X射线激光脉冲面积及脉冲传播距离的演化规律，为有效控制俄歇电子产率提供了重要的理论依据；理论上预言了X射线双光子吸收过程诱导的X射线荧光发射机制。

  （三）研究了强场超短激光脉冲在强双光子分子介质中的传播特性。完善了多能级分子体系中的双光子吸收理论，获得了飞秒超短脉冲和纳秒长脉冲在不同分子介质中传播的双光子吸收光限幅效应；对于有机金属络合物，发现了自旋和轨道相互作用增强了其光限幅能力，且光限幅性能的主要机制来自单重态到单重态和三重态到三重态的序列非线性吸收；获得了描述脉冲传播过程中其双光子面积演化的面积定理；建立了分子双光子吸收截面和光限幅性能与激光脉冲参数之间的关系。

完成人、完成单位及其技术贡献

   01 王传奎，教授，山东师范大学，项目负责人，提出项目的科学思想和解决的科学问题，指导研究生和项目组成员开展工作，制定了研究方案和技术路线。对推荐书《重要科学发现》中所列第（三）、（四）和（五）项发现做出了重要贡献，其中对第（三）项的贡献是提出科学问题和制定研究方案，发展了XFEL在原子介质中传播的理论方法，支撑材料是代表性论文3、5、7的主要作者；对第（四）项的贡献是提出科学问题和制定研究方案，发展分子X射线光电子谱的理论方法，支撑材料是代表性论文4的主要作者；对第（五）项的贡献是提出科学问题和制定研究方案，发展了双光子吸收动态截面理论方法和完善了多能级分子体系中的双光子吸收理论，支撑材料是代表性论文6第一作者和通讯作者以及8的通讯作者。

   02 孙玉萍，副教授，山东理工大学，项目完成人，对推荐书《重要科学发现》中所列第（二）、（三）、（四）项发现做出了重要贡献，其中对第（二）项的贡献是制定研究方案和发展理论方法，发展了数值求解三维Maxwell—Bloch方程组的计算方法以及计算散射谱，从理论上提供了一种观测原子核动力学行为的方法，支撑材料是代表性论文2的第一作者和通讯作者；对第（三）项的贡献是参加提出制定研究方案和发展理论方法与计算方法，揭示了XFEL与原子介质相互作用的微观机制，支撑材料是代表性论文3、5、7的第一作者或者通讯作者；对第（四）项的贡献是参加制定研究方案和发展理论方法，从理论上预言了分子X射线光电子谱中的转动多普勒效应，支撑材料是代表性论文4的第一和通讯主要作者。

   03 刘纪彩，华北电力大学，副教授，项目完成人，对推荐书《重要科学发现》中所列第（一）和（三）项发现做出了重要贡献，其中对第（一）项的贡献是提出科学问题和制定研究方案，发展强场超短脉冲激光与原子分子相互作用理论方法以及计算方法，提出了利用分子解离态产生高强度高相干性X射线激光的方法，支撑材料是代表性论文1的通讯作者；对第（三）项的贡献是参加提出制定研究方案和发展理论方法与计算方法，揭示了传播效应对俄歇电子产率的影响，发现了俄歇电子产率随X射线激光脉冲面积及脉冲传播距离的演化规律，为有效控制俄歇电子产率提供了重要的理论依据，发现了强XFEL场中一系列新颖的物理现象，支撑材料是代表性论文3的通讯作者，代表性论文5的第一和通讯作者。

   04 苗泉，山东师范大学，讲师，项目完成人，对推荐书《重要科学发现》中所列第（一）和第（二）项发现做出了重要贡献，其中对第（一）项的贡献是提出制定研究方案，发展强场超短脉冲激光与原子分子相互作用理论方法以及计算方法理论方法，提出了利用分子解离态产生高强度高相干性X射线激光的方法，推动了泵浦—探测时间分辨光谱学的发展，支撑材料是代表性论文1的第一作者和通讯作者；对第（二）项的贡献是参加制定研究方案和发展理论方法，发展了数值求解三维Maxwell—Bloch方程组的计算方法以及计算散射谱，从理论上提供了一种观测原子核动力学行为的方法，支撑材料是代表性论文2的通讯作者。

   05 周勇，山东师范大学，讲师，项目完成人，对推荐书《重要科学发现》中所列第（五）项发现做出了贡献，其贡献是参加了发展激光脉冲在分子介质中传播的计算方法，获得了激光脉冲在不同分子介质中传播的双光子吸收和光限幅效应，支撑材料是代表性论文6的第五作者。

代表性论文专著目录

   01 Dissociative X-ray Lasing, Physical Review Letters 2012, Quan Miao, Ji-Cai Liu, Hans Ågren, et al.

   02 Interference between resonant and nonresonant inelastic X-ray scattering, Physical Review Letters 2013, Yu-Ping Sun, Quan Miao, A. Pietzsch, et al.

   03 Propagation of a strong x-ray pulse: Pulse compression,stimulated Raman scattering, amplified spontaneous emission,lasing without inversion and four-wave mixing, Physical Review A 2010, Yu-Ping Sun, Ji-Cai Liu, Chuan-Kui Wang, et al.

   04 Rotational Doppler effect in x-ray photoionization, Physical Review A 2010, Yu-Ping Sun, Chuan-Kui Wang, Faris Gel’mukhanov

   05 Auger effect in the presence of  strong x-ray pulses, Physical Review A 2010, Ji-Cai Liu, Yu-Ping Sun, Chuan-Kui Wang, et al.

   06 Optical limiting and dynamical two-photon absorption of organic compounds for a nanosecond pulse, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 2010, Chuan-Kui Wang, Peng Zhao, Quan Miao, Yu-Ping Sun, Yong Zhou

   07 Two-photon-induced x-ray emission in neon atoms, Physical Review A 2010, Yu-Ping Sun, Zilvinas Rinkevicius, Chuan-Kui Wang, et al.

   08 Numerical analysis on optical limiting performance of a series of phthalocyanines for nanosecond pulses, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 2012, Quan Miao, Hong-Juan Ding, Yu-Ping Sun, Faris Gel'mukhanov, Chuan-Kui Wang,