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强激光脉冲作用下高次谐波超连续谱发射及孤立阿秒脉冲的产生

夏昌龙  
【摘要】:阿秒脉冲(attosecond pulse,1as=10~(-18)s)的产生推开了阿秒科学的大门,是探测原子内部的电子在空间尺度、时间尺度上的动力学过程的有效工具,对推动微观物理、生物、化学的研究都有非常重要的意义。目前合成阿秒脉冲的可行方案是利用高次谐波发射,展宽谐波平台,提高谐波发射效率,产生超连续谱,对合成孤立阿秒脉冲非常重要。本文采用分裂算符法求解二维含时Schr dinger方程及Lewenstein强场近似理论研究了氦原子和Ar~+离子团簇在组合激光下的谐波超连续谱发射,提出了三种产生孤立阿秒脉冲的方案。 首先,研究了静电场对谐波发射及阿秒合成的影响。一方面,在偏振门方案的基础上叠加静电场。即选用左旋圆偏振和右旋圆偏振激光的组合场再叠加一个静电场的方案研究了谐波发射和阿秒的合成。发现静电场的加入控制了量子轨道干涉,得到的谐波发射谱具有双平台结构。叠加谐波平台区50eV带宽的谐波谱,得到了脉宽为80as的阿秒脉冲。另一方面,研究了垂直双色场叠加静电场的方案。垂直双色激光场由y方向上的中红外激光脉冲和x方向上的近红外激光脉冲组成,在y方向叠加适当的静电场研究了谐波发射和孤立阿秒脉冲的产生。当静电场参数为0.1时,合成出了脉宽为75as的线性偏振的孤立阿秒脉冲。 第二,研究了左旋圆偏振和右旋圆偏振叠加场下的超连续谱的谐波发射及中心波长可调的阿秒脉冲的产生。当两束激光的中心频率、载波包络相位都相等时,就是目前被广泛研究的偏振门方案。当两束激光的载波相位不同时叠加场的“门”结构消失了,却可以控制谐波发射的量子轨道。利用修正的“三步”模型理论,即设电子初始速度不为零,解释了谐波谱的发射物理机制。适当调节激光参数,得到了从180eV到570eV囊括了整个“水窗波段”的超连续高次谐波谱。获得了中心波长可调的脉宽在75as量级的孤立阿秒脉冲。 第三,研究了二维Ar~+团簇模型在有夹角的线性偏振激光组合场下的谐波发射及阿秒脉冲的合成。通过改变团簇的大小发现当周围粒子数目增大时,谐波谱的截止位置增大,对应的谐波发射效率也有所增高。时频分析表明,Ar~+团簇的量子轨道内部不像原子那样至多有长短两个轨道,而是有多个轨道。通过调节辅频激光参数,得到了谐波平台上100eV(从175eV到275eV)的超连续谱,通过叠加平台区的谐波,产生了半高全宽为45as的孤立阿秒脉冲。


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