超短超强激光场作用下的原子、分子呈现出许多新奇的非微扰电离现象,包括多光子电离、阈上电离、隧穿电离、越垒电离、以及非序列双电离等等.其中,非序列双电离因为涉及到两个高度纠缠的关联电子而显得格外复杂.非序列双电离的实验报道最早可追溯到上世纪80年代,至今已有二十多年的研究历史了.尽管如此,不断更新的实验数据仍然在不断挑战着我们的原有理解和认识.特别是近年来,随着冷靶反冲离子动量谱仪以及多粒子成像技术的不断更新换代,目前实验室可以记录强场多电子反应通道的大量微分实验数据.以关联电子动量谱为例,将实验数据绘制在(p1‖,p2‖)平面上,两个实验小组独立发现,在第一和第三象限存在一个新奇的V-形结构(也叫做finger结构).这一现象在原有的实验中从未被观测到.因而其背后的物理机制引发了一系列深入的讨论.与此同时,实验研究发现关联电子动量谱敏感依赖于激光强度和靶核原子.在氩原子的双电离实验中,随着激光强度从0.09 PW/cm2略微降低到0.07 PW/cm2,人们发现了从关联(一、三象限分布为主)向反关联(二、四象限分布为主)的转变.而这种转变在氖原子的实验中却始终未被观测到,即便激光强度已经降低到数周内几乎观测不到双电离事件.上述观测结果再度引发了非序列双电离的研究热潮.本论文围绕这些最新实验观测,进行了一些有益的理论探索,并取得了一些初步成果.全文内容简介如下：第一章：简单介绍了什么是超短超强激光,回顾了强场原子、分子物理的一些旅程碑式的重要发现,并重点介绍了非序列双电离现象,包括其研究历史、最新实验发现和已有的理论解释,同时指出相应的理论瓶颈.最后简单介绍我们在这一领域完成的一些理论工作.第二章：详细介绍了半经典隧穿理论、simple-man模型,以及刘杰研究员等人发展起来的半经典再散射模型,并将其推广到碰撞阈值以下区域,分子情形,越垒区,以及相对论区域.第三章：深入阐述双电离关联电子动量谱中V-形结构背后的物理机制.通过数值虚拟实验分析了激光场、电子-电子库仑排斥、以及原子核库仑聚焦效应对V-形结构形成过程的不同贡献.数值结果表明：场助的背向散射是形成V-形结构的本质物理原因；这一结论在微观电子轨道中再度得到证实.同时我们还研究了两电子间侧向相对速度对关联电子动量谱的影响,解释了早期通过直接求解—维薛定谔方程发现的蝴蝶状结构.第四章：研究了碰撞闽值以下区域原子双电离的反关联现象.发现多次碰撞轨道和碰撞-激发-隧穿电离轨道对于反关联现象的出现均有重要贡献.其中,前者完全是经典物理效应,而后者具有明显的量子性质.我们能够定量地计算出两种轨道对双电离事件的贡献比例,并分析它们在关联电子动量谱中留下的不同印记.同时我们还作了解析推导,给出了从阈上到阈下转变的新的临界阈值公式,理论结果与实验数据在误差允许范围内吻合得比较好.第五章：对比研究了Ar原子和Ne原子在阈值附近的双电离特性,发现两者之间存在巨大的差异：在同等实验条件下,(1)Ar原子的纵向动量关联谱呈反关联特性,而Ne原子的呈关联特性,再次降低激光的功率密度,在数周内收集不到双电离事件,因此可以认为Ne原子不存在从关联到反关联的转变；(2)Ar原子的横向动量分布呈尖峰状,而Ne原子的为较宽的高斯分布,尖峰状的横向动量分布是库仑聚焦效应的体现,数值结果表明库仑聚焦效应在Ne原子双电离中被强烈抑制.第六章：探索了少周期超短脉冲中原子双电离的绝对相位效应.发现通过绝对相位可以控制隧穿电子的电离时间、回碰能量,从而影响再碰撞动力学.特别是在低强度激光场中,这种控制效应最为明显.与此同时,我们还计算分析了电子的亚周期动力学,用于帮助理解少周期超短脉冲中原子双电离的物理机制.第七章：集中讨论了相对论区的原子电离相关问题.相对论区电离问题的研究兴趣主要来自下面两个方面.首先,由于激光功率密度远远超过透镜系统的损坏阂值,传统的强度标定方法不再适用.我们讨论了利用原子电离率标定超强激光场功率密度的可能性.其次,由于电子在很短时间内被加速到接近光速,同时洛仑兹力开始起作用,电子回到母核附近的几率大大降低,我们简单介绍了几种提高再散射几率的方法.第八章：以N2为例,演示了分子双电离中的分子取向效应.同时我们还总结归纳出分子双电离的一些典型轨道.这些轨道在目前文献中还很少看到,然而对于理解分子的双电离过程具有重要的参考价值.透过典型双电离轨道,我们发现从两电子发生碰撞到双电离最终发生存在较长的时间延迟,可多达几个光学周期,这是与原子双电离最重要的区别之一.我们提议通过对比长、短脉冲下关联电子动量谱的差异间接观测这种时间延迟效应.最后,我们总结回顾了本文的一些创新点及国内外对这些结果的评价,并对强场双电离研究的未来走向进行了展望.