强激光与原子相互作用的光电离，是超快电子动力学的基本过程，也是阿秒科学的重要基石。长期以来，光电离研究主要围绕经典相干态光场与原子的相互作用展开，由于经典相干态光场的光子数呈泊松分布，光电子产额也表现出经典统计性质。随着非经典光源技术的发展，科学家已能制备高强度的量子光源，即明亮压缩光。当具有强烈量子涨落的明亮压缩光与原子相互作用达到非微扰条件时，其量子光场的光子数涨落如何影响光电子发射、又该如何通过可观测量进行表征，是超快量子光学领域亟待解决的科学问题。

6163银河线路检测中心、人工微结构和介观物理全国重点实验室刘运全教授课题组在实现国际上最大光子数明亮压缩光[Lyu et al., Ultrafast Science 6,0175(2026)]的基础上，近期以该光源驱动氙原子强场电离，通过符合测量明亮压缩光脉冲的光子数与原子光电离产生的光电子，实现了能量和动量分辨的光电子产额涨落研究。研究发现，明亮压缩光的强烈光子数涨落经非线性强场电离过程，映射为连续态电子在动量分辨及能量分辨上的量子统计涨落。该研究工作为强量子光与物质的非微扰相互作用提供了新的实验观测维度。

与传统相干激光相比，明亮压缩光表现出明显的超泊松光子统计，即同一实验条件下不同脉冲的瞬时光强可发生大幅度变化。如果仅测量大量脉冲累积的平均光电子谱，不同光强对应的电子响应便会混在一起，掩盖单次脉冲中量子光涨落所携带的信息。针对这一问题，研究团队同步记录每个明亮压缩光脉冲的光强以及对应产生的光电子，并利用冷靶反冲离子动量谱仪获取电子的三维动量信息。采用逐发符合测量，可将明亮压缩光脉冲与相应的光电离事件直接关联，进而依据光子分布对光电子进行量子统计分析。

图1. 明亮压缩光的强场光电离实验方案及光子-电子符合测量

研究发现，随着明亮压缩光脉冲强度增加，光电子能谱向更高能量延伸。对不同光强区间进行条件筛选后，电子截止能量随瞬时光强近似线性增加，与相干激光驱动强场电离中由有质动力能决定的标度规律一致。这一结果表明，对于给定的瞬时光强，明亮压缩光驱动下的原子仍表现出与经典相干光场相似的强场动力学；明亮压缩光带来的主要差异，体现在不同单次脉冲之间显著增强的统计涨落。

图2. 明亮压缩光作用光电子能谱

在此基础上，研究团队进一步将分析从平均光电子谱推进到明亮压缩光作用下的电子产额统计分布。通过标定光强与原子电离概率之间的非线性响应，研究人员重建了明亮压缩光驱动下的单脉冲电离产额统计，并获得其在不同电子能量和动量上的涨落。结果显示，电子能量越高，其归一化产额涨落越强；类似的趋势也出现在动量空间中，高动量区域表现出更显著的涨落。其物理图像表明：低能电子可在较宽的光强范围内产生，而高能、高动量电子需要更强的瞬时电场，因而更倾向于来自BSV统计分布中数量较少的高强度脉冲。因此，驱动光场的光子数涨落经高度非线性的强场电离，转化为具有能量和动量结构的电子产额涨落。

图3. 能量、动量分辨的光电子量子涨落

该研究将量子光驱动强场电离的观测从系综平均的电子谱拓展到了单脉冲能量和动量分辨的量子统计。实验结果表明，光电子不仅反映了强激光与原子相互作用的超快动力学，还可以探测强量子光场的涨落。该研究成果为建立超越经典光场近似的强场量子理论提供了新的实验基准，并为进一步研究强激光场作用下光与物质的量子关联及量子纠缠提供了新的途径。

2026年10月7日，相关研究以“Energy- and momentum-resolved single-shot yield fluctuations in BSV-driven atomic strong-field ionization”为题，发表在《Physical Review Letters》上。该研究入选《Physical Review Letters》“Editors’Suggestion”（编辑推荐论文），并被列为“HIGHLIGHTED ARTICLES”重点亮点文章。该研究成果还被美国物理学会(APS)旗下《Physics（物理）》杂志专题报道，以“Quantum Light Leaves Its Fingerprint on Electrons”为题列入“FEATURED IN PHYSICS”重点栏目，对研究工作进行了专门介绍与专业评述。6163银河线路检测中心现代光学研究所2024级博士生刘昊东为论文第一作者，刘运全教授为论文通讯作者。

论文原文链接：https://journals.aps.org/prl/accepted/10.1103/pgkx-8t5c