编者按

超快激光技术的发展经历了从飞秒激光到阿秒脉冲的跨越，相关突破性进展为探索物质微观动力学提供了全新视角。20世纪80年代，啁啾脉冲放大技术的发明使得产生超短超强激光成为可能，极大地推动了强场物理、非线性光学和精密光谱学的发展。 2018年， Gérard Mourou和Donna Strickland因该技术获得诺贝尔物理学奖，奠定了现代超快激光科学的基础。进入 21世纪后，高次谐波产生技术的成熟使得阿秒脉冲的生成和测量成为现实。 2023年，Anne L’Huillier、Pierre Agostini和Ferenc Krausz因阿秒脉冲技术的突破性贡献获得诺贝尔物理学奖，标志着人类正式进入阿秒科学时代。阿秒脉冲为实时观测电子运动提供了“超快相机”，使得化学键断裂、电荷迁移、量子隧穿等超快过程的研究成为可能，为原子分子物理、量子化学和材料科学带来了革命性的研究手段。原子分子尺度的微观动力学过程不仅是理解物质宏观性质与功能的基石，更与超快能量传递、光化学调控、量子信息处理等前沿科学问题密切相关，为新一代光电器件、精密测量和量子计算等技术的发展提供了关键支撑。

为展示我国在超快原子分子光物理领域的最新成果，《物理学报》特邀该领域一线科学家组织本期专题，聚焦强场物理、阿秒科学及超快光学等方向的创新突破。专题内容涵盖理论方法与实验技术的双重创新，包括量子动力学新方法实现分子动力学几何相位的直接提取；半经典响应时间理论揭示分子隧穿电离的超快动力学机制；非微扰量子电动力学的频域理论构建强 X射线场中单光子康普顿散射的理论框架；另有研究阐明椭圆偏振强场中分子电离的缀饰态与非缀饰态演化规律；基于光场调控实现太赫兹波的可控产生。此外，基于非绝热半经典模型对氩原子近阈值光电子干涉的研究和“阿秒光电离中的电子涡旋”的产生机制、动力学特性与应用前景综述将被报道。  

本专题旨在为相关研究提供方法学启示与交叉合作契机。我们期待这些成果能激发读者对超快科学的探索热情，推动该领域向更小时间尺度、更高调控精度迈进，为揭示物质微观动力学规律及新型调控技术开辟新路径。

客座编辑

李   辉

华东师范大学

https://faculty.ecnu.edu.cn/_s29/lh2/main.psp

王春成

吉林大学

https://teachers.jlu.edu.cn/ChunchengWang

吴   健

华东师范大学

https://cto.ecnu.edu.cn/ba/f6/c33009a375542/page.htm

丁大军

吉林大学

https://teachers.jlu.edu.cn/DingDajun

专题文章

超快原子分子光物理专题编者按

物理学报.2025, 74 (15): 150101

doi: 10.7498/aps.74.150101

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椭圆偏振强激光场诱导分子电离过程中的缀饰态和非缀饰态

刘洁，郝小雷

物理学报.2025, 74 (9): 093202

doi: 10.7498/aps.74.20250064

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摘要：分子强场近似(SFA)理论虽然在描述强激光场中分子的超快动力学方面取得了巨大的成功，但是理论本身存在关键的矛盾。一方面SFA基本思想要求初态为无场下的系统本征态，另一方面物理过程的空间平移不变性要求系统初态应当为激光场缀饰态，这两个相互矛盾的要求分别对应非缀饰态和缀饰态两种形式的分子SFA理论，两种理论的有效性和适用条件存在广泛的争议。本文对(椭)圆偏振激光场中N₂和Ne₂分子的电离过程进行了研究，期望能给出上述争议的解答。椭圆偏振光能有效抑制再散射过程及各种干涉效应的影响，使得电离过程更加干净，因此可以有效甄别缀饰态和非缀饰态的适用条件。本文采用SFA方法及库仑修正强场近似(CCSFA)方法计算了缀饰态和非缀饰态下不同分子轨道对应的光电子动量分布，并与已有的实验结果进行了对比。结果发现，对于Ne₂这样核间距较大的分子，必须采用缀饰态才能准确地描述其电离特征; 而对于N₂这样核间距较小的分子，缀饰态描述则不适用。本文的结论为准确描述激光诱导分子超快过程及相应理论的进一步发展提供了参考。

分子动力学中的几何相位

杨欢，郑雨军

物理学报.2025, 74 (15): 150201

doi: 10.7498/aps.74.20250388

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摘要：分子的几何相位效应，也称为分子Aharonov-Bohm效应，源于对势能面锥形交叉结构的研究。在核构型空间环绕锥形交叉点时，绝热的电子波函数会获得π的相位，导致其符号反转; 而核的波函数也需相应地改变符号，保持总波函数的单值性。该相位与锥形交叉结构拓扑相关，只有适当地引入分子几何相位才能在绝热表象下准确地描述量子体系的动力学行为。在透热表象下，可以隐式地处理几何相位效应以及核-电子的非绝热耦合问题。本文基于几何相位的量子动力学方法，设计了一种可以直接提取分子动力学中几何相位的方法。该相位不同于由锥形交叉拓扑结构导致的量子化的π相位，它是连续变化的，是量子体系在投影希尔伯特空间演化时，几何相位的一种规范不变的表示。本文的研究为探索分子几何相位及其效应开辟了一个新视角，并有望为实验研究分子动力学中的几何相位提供一个可能的观测量。

利用频域理论研究束缚电子在强激光场中的单光子康普顿散射过程

邱媛媛，杨玉军，郭迎春，魏志义，王兵兵

物理学报.2025, 74 (15): 150301

doi: 10.7498/aps.74.20250483

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摘要：康普顿散射是指强激光场与物质中电子相互作用导致光子发射的非弹性散射过程。近年来，随着X射线自由电子激光器迅速发展，X射线激光的强度逐渐增大，X射线单光子康普顿散射过程的信号逐渐增强。本文基于非微扰量子电动力学的频域理论研究强X射线激光场下束缚电子的单光子康普顿散射过程。发现随着入射光子能量的增大，在背向散射时康普顿散射双重微分概率会逐渐降低。本工作为高频强激光场中康普顿散射与原子电离之间建立了联系，为探索高激光强度下的原子结构动力学提供了一个研究平台。

半经典响应时间理论在强场分子电离中的应用

叶升，王赏，陈子玉，李卫艳，申诗琪，陈彦军

物理学报.2025, 74 (15): 153303

doi: 10.7498/aps.74.20250459

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摘要：阿秒钟技术为研究原子分子强场电离过程中电子超快动力学提供了强有力的工具。该技术依赖定量理论模型从实验测量得到的光电子频谱反演电离过程中系统的超快时域信息，而构建定量强场理论模型的关键问题之一是库仑效应的理论描述。与原子相比，分子具有多中心库仑势，在外场中具有许多新的效应，这为检验定量理论模型的适用性提供了更广阔平台。本文针对拉伸到大核间距的分子的阿秒钟特征观测量，比较了不同理论模型的预言，指出最近提出的半经典响应时间理论预言与数值实验结果更一致。该理论强调，与具有经典性质的远核库仑效应相比，具有量子性质的近核库仑效应对分子隧穿电离影响更显著。本文进一步展望了该理论模型在具有电荷共振、固有偶极、取向效应以及复杂库仑势形式的分子强场电离中的应用。

飞秒激光时间色散调控铌酸锂片上太赫兹波产生

段浩宇，徐西坦，郑子阳，黄意博，卢瑶，吴强，许京军

物理学报.2025, 74 (15): 158702

doi: 10.7498/aps.74.20250573

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摘要：飞秒激光激发非线性材料是目前太赫兹的关键产生技术之一，其由于具有超快时间分辨、超宽频谱分布等优点，已广泛应用于太赫兹表征与测量、感知与成像等方面。然而通过微结构等对太赫兹波的调控方法只能对太赫兹传输过程进行调控，且面临设计困难、工艺复杂等障碍，难以在产业上广泛应用。本文通过引入脉冲整形系统改变飞秒激光脉冲的时间色散，可以直接调控飞秒激光与铌酸锂晶体的相互作用过程，从而对太赫兹产生过程进行直接调控。同时利用冲击受激拉曼散射模型与黄昆方程，对太赫兹波的产生过程进行仿真模拟，证明了利用飞秒激光脉冲时间色散调控太赫兹波的可行性。这一结果对于未来基于铌酸锂晶体的片上太赫兹源主动调控具有重要的借鉴意义。

专题网站链接：

http://wulixb.iphy.ac.cn/custom/topics