超快激光场作用下，原子或分子内的束缚电子将从光场中吸收光子能量发生隧穿电离，其电离几率正比于激光场强度。但是，研究人员发现在强激光场作用下电子有一定的概率不被电离而被囚禁在里德堡态，形成稳定的中性里德堡原子分子。电子重俘获是理解这一现象的物理机制，即部分隧穿电子由于从光场中获得的动能较小，不足以克服原子核库伦势的束缚，从而在激光场消失后有一定的概率会被原子核重新俘获，形成高激发的中性里德堡态原子。强激光诱导电子重俘获激发里德堡态，在中性原子加速、低能光电子结构以及近阈值谐波产生等强场物理现象中有着重要的应用。
自从2008年强激光诱导电子重俘获被发现以来，研究人员开展了一系列的相关研究，但主要集中在稳态的效应探索。动态演化过程的测量是真正理解物理机制，实现有效调控的不可或缺的手段，为强场分子物理研究提供新思路。强激光场中的电子重俘获行为是一个动态的超快过程，对电子重俘获的位置和时间的实时测量，将极大深化我们对这一基本物理行为的认识，为电子重俘获相干调控发展新方案。
氢分子H2作为最简单的两电子中性分子系统，在揭示分子基本动力学过程方面扮演了重要的角色。最近，实验室吴健教授课题组利用超快飞秒激光脉冲与氢气分子相互作用，开展了电子重俘获超快行为的实验研究。通过符合探测光电离解离产生的自由电子、离子H+和中性里德堡原子H*，并结合基于少周期激光脉冲的泵浦-探测技术，首次实时观测到了电子被解离核重新俘获的超快动态演化过程。当氢分子处于激光场中时，首先发生单电离过程，产生的氢分子离子（H2+）核波包将在势能曲线上运动，当核波包运动到一定的核间距时会发生共振增强电离，进一步电离第二个电子并继续解离。在第二步电离过程中产生的光电子在激光场和原子库伦场的作用下，有可能被其中的一个解离核重新俘获，形成中性里德堡态原子H*。实验研究表明，当探测光与泵浦光的延时分别为16、25、67飞秒时，通过共振增强电离的光电子将被其中一个解离核俘获，而此时解离核的核间距为分别为4.9、7.8、14.9原子单位。在上述动态演化过程的实时观测的基础上，通过控制双色激光场的相位，实现了电子重俘获过程的精确操控。该项研究揭示了电子重俘获超快动力学的基本物理过程，为利用时频精密控制的超快光场选择性激发里德堡态提供了新思路。本实验工作与上海交通大学何峰研究员的理论课题组合作，相关研究结果发表在国际物理学顶级期刊Phys. Rev. Lett.119, 253002(2017)。
图1电子重俘获图像
图2 解离核能量谱随泵浦-探测延时的演化及其与双色激光场相位的依赖关系。
