强激光已被应用于新能源、新材料、国防等重要领域,其中超短脉冲激光与固体材料的相互作用研究已经成为非常前沿的热门领域之一。光致电离过程是强激光与固体材料相互作用的基本物理过程之一。目前国际上主要采用Keldysh解析模型对光致电离过程进行计算。虽然Keldysh模型取得了很大的成功(几乎所有强激光与固体材料文献中都采用它进行计算),但理论本身有其固有的局限性。而这局限性来源于推导过程中采用的近似,即鞍点法和初始小动量的假设。Keldysh解析模型要求参与光致电离的电子的初始动量很小,这个假设在光强不是特别强时,可以适用,但光强很强时,这个假设不能成立。另外,现有Keldysh解析模型中,并没有考虑布里渊边界对光致电离的影响(现有的研究发现,当光强很强时,布里渊边界会对跃迁产生很强的影响)。在本文中,我们采用数值方法研究固体中的光致电离过程,克服了现有Keldysh解析模型的局限性。本文主要内容如下所示:(1)利用数值方法计算研究了ZnO材料的光致电离过程,并以此分析现有Keldysh解析模型的局限性和适用范围。在计算过程中,我们避免了Keldysh公式中的所采用的近似假设,并利用蒙特卡罗方法处理了布里渊空间的多重积分。我们的研究表明,当光强不是很强时(激光与固体材料的作用强度在多光子区域),Keldysh公式中的小准动量假设是一个很好的近似。但是当光强很强(激光与固体材料的作用强度进入到隧穿区域),小准动量假设并不合适,并造成数值方法和Keldysh解析公式在结果上的明显差异。(2)利用数值方法系统分析了材料参数(禁带宽度,电子有效质量,布里渊区大小等)对固体光致电离速率的影响规律。(3)将论文中的数值方法应用到:1)固体材料瞬态自由电子密度演化的计算;2)固体材料瞬态光学性质的计算;3)飞秒激光诱导固体材料损伤阈值的计算。计算表明:数值方法对Keldysh公式在激光脉宽较宽时修正较小(此时激光峰值功率密度较小),但当激光脉宽较短时(此时激光峰值功率密度很高)修正很明显。在计算熔石英和钡铝硼硅酸盐不同脉宽损伤阈值时,我们发现:用Keldysh方法计算出来的损伤阈值在长脉宽时与实验值吻合较好,但在短脉宽区域与实验值有着明显的偏离。而我们所采用的数值方法在整个脉冲区域都与实验吻合的较好。