准直性好、相干性好、抗干扰能力强,激光的这些特点使得其成为理想的实验光源。研究激光与原子、分子、固体等物质的相互作用使得我们对一些基本的物理学过程有了更深入的认识。而随着啁啾脉冲放大等新技术发展,激光的峰值强度不断的提高,在不久的将来,激光的强度就有望进入非线性量子场论的领域。同时,实验室中也能获得时间宽度越来越短的激光脉冲。超强超短的激光脉冲与物质的相互作用研究是近些年来物理学的热门领域。强激光对电子的作用与原子势对电子的作用产生竞争关系,导致了强场物理过程中一系列非线性非微扰的效应,如多光子电离,高阶阈上电离,高次谐波产生以及非序列双电离等。研究这些强场物理现象的机制至少有两方面的用途。一方面,超强超快激光可以作为探针用来观察量子尺度的微观运动,比如说阿秒科学的有一个应用就是可以用来实时观测化学反应。另一方面,了解了强场物理过程的机制,那么改变外场的形式就可以作为一种操控微观粒子运动手段之一。因此,彻底搞清强场物理的发生机制对以后的应用有重要的价值。本文着眼于强场物理的一个小部分,探讨强场电离光电子的动量分布的性质。全文总计五章,主要内容分别如下:第一章:简单的介绍了激光的发展以及提高激光峰值强度非常有效的啁啾脉冲放大技术。对于强激光场与原子相互作用的一些重要物理现象做了一个综述,并且通过对于它们的共同的物理过程的分析给出再散射过程的重要地位。同时,为了后面几章研究做铺垫,我们在这一章详细介绍了电子在平面电磁波中的经典运动。第二章:这一章主要介绍的是每一个研究背后所使用的理论方法。主要包括直接求解薛定谔方程方法、强场近似理论方法以及半经典的轨道蒙特卡洛模拟方法。关于直接求解薛定谔方程方法,我们分别重点描写了波函数的离散化以及时间演化算符作用的数值求解。在离散波函数的基底函数的选用上,重点介绍了用途广泛的B样条函数。对于时间演化算符的求解,主要介绍四种方法:劈裂算符方法、Crank-Nicholson隐式方法、Chebyshev多项式展开法以及Arnoldi-Lanczos迭代法。关于强场近似理论的讨论主要关注了由鞍点近似给出的量子轨道。经典轨道蒙特卡洛模拟是强场物理的研究手段之一,我们将量子隧穿的概念与经典蒙卡方法做了结合,这也成为后文模拟计算的方法之一。第三章:研究了强激光场在原子电离过程中的非偶极作用,以及对于再散射过程中的库仑势对光电子横向动量分布的影响。在这一章,我们首先介绍了研究的背景:库仑聚焦的研究使得对于垂直于极化方向的光电子动量分布获得关注。电离过程光子动量分配的研究使得我们对电离过程的非偶极效应给予特别的对待。而中红外激光电离的实验则使我们认识到前面两者的作用会相互影响。再来的研究中,通过研究数值模拟的结果以及仔细的探查电子的亚周期轨道动力学,我们发现了导致横向动量奇异特性的再散射过程的库仑补偿效应。并且将这个效应与散射函数中的鞍点联系起来,定量解释横向动量峰值的奇异位移。接下来,通过与经典散射实验的对比,我们将前述的库仑势作用与Glory效应紧密的联系在一起。并且通过联系Glory前向散射振幅中的贝塞尔函数,定量的给出了光电子动量谱干涉结构中主峰与次级峰的分界。第四章:通过深入考察强场物理过程的三步模型并且结合所研究问题的特点,我们使用一种新的简化强场轨道概念,发展了一个解析的(隐式)包含库仑效应的电子运动模型。进而使用此模型研究了光电子横向动量分布在库仑势和激光场的联合作用下的演化。研究发现,横向动量分布在库仑势的作用下与初始高斯分布相比非常明显的变窄。深入研究解析(隐式)模型我们发现,库仑势的作用导致电子横向动量在一类特殊的电子轨道附近发生聚集,这对应着隧穿电子的散射函数中存在的一种鞍点结构,这种结构对应着最终电子横向动量分布上的奇异结构的出现,即尖峰结构。从物理过程中来说,当隧穿电子返回原子核附近时,鞍点附近的轨道会受到原子核的吸引作用对其横向动量进行补偿使得其向鞍点对应值靠拢,因而最后在动量分布中形成尖峰结构。第五章:本章对全文的内容与结果做了一个简单的总结,并且对于未来的研究做了一个展望。