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。

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。

以波长可调谐高功率脉冲激光器为激发源，采用共振增强多光子离化（REMPI）光谱技术，对SO2的里德堡态进行实验研究。在420~540 nm波长范围内，得到了与碱金属原子吸收光谱类似的共振增强多光子离化光谱。429.3 nm和452.3 nm处离化峰对应（4+1）共振增强五光子离化，529.4 nm处的离化峰对应（4+2）共振增强六光子离化过程。该离化谱峰序列对应于高激发态F1A2态的np（n=4，5，6）里德堡态序列。对529.4 nm处离化峰的精细扫描表明，该处离化峰呈现为近等间隔的谱峰结构，对应于SO2分子里德堡态4p（0, v2, 0）的共振增强多光子离化光谱序列。实验得到4p里德堡态弯曲振动的基振动角频率Δν2=(387.3±12.4) cm-1。

以纳秒Nd:YAG脉冲激光器三倍频(355 nm)激光抽运的染料激光器为激发光源，在484~520 nm波长范围内，采用共振增强多光子离化光谱（REMPI）方法，对H2S分子里德堡序列的能级特性进行了实验研究，得到了谱峰间隔随激光波长增长而呈近二倍变化的两套谱峰序列嵌套而成的规则序列。该谱峰序列对应于H2S分子的里德堡序列激发。依据H2S分子低位激发电子态及里德堡序列的势能高度，可将离化过程确定为五光子4+1离化过程。并将所得到强谱峰序列归属为集结于态的np（n=5,6,7,8）里德堡序列，将弱谱峰序列归属为集结于态的ns（n=6,7,8）里德堡序列。两套序列的量子亏损分别为δ1=0.92和δ2=1.52。所得结果对H2S分子的光学检测及光谱特性研究具有重要意义。

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。