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高次谐波的产生与优化控制

彭滟  
【摘要】: 随着激光技术的不断发展,激光脉冲的宽度越来越窄。从早期的连续光、纳秒脉冲、皮秒脉冲一直到现在的飞秒脉冲,以及近年来正在研究之中的阿秒脉冲,标志着激光与物质的相互作用正在不断地进入新的领域。由于超快激光脉冲不仅在物理学的研究中有着重要作用(如跟踪原子的超快驰豫过程),而且在其它领域也有着非常广泛的应用(如超高速半导体设备检测,跟踪化学反应过程以及外科手术等)。因此,超短脉冲的发展,无论对于科学研究还是应用领域,都具有非常重要的意义。 目前,阿秒脉冲的获得主要是通过高次谐波产生。本论文围绕提高高次谐波的产生效率以及通过平台区超连续谱的产生进一步优化控制单个阿秒脉冲这两个方面展开了详细讨论。主要包括以下几个方面: 1.实验研究了高次谐波产生的相位匹配控制。应用了操控电场可以有效改变电子的电离、加速运动和复合这一原理,在实验上通过加入一个新的弱电场,改变相互作用区域气体的电离程度,调控高次谐波产生的相位匹配气压条件,从而有效提高了单次谐波的产生效率。此外,还证明了通过精密控制基波与谐波的强度以及激光聚焦的共焦参数,可以有效的优化控制这一相位匹配过程。这种全光、精密、且实时可控的新型方案也可用于后期紫外光梳的优化与控制。 2.理论证明了通过调节双色激光场间的相位延时、谐波强度、脉冲宽度,以及使用恰当的强度比,可在高次谐波平台区产生波段连续可调的极紫外超连续谱,并可进行有效的实时精密控制。再由此推得类似的基波和三次谐波构成的双色场也可有效产生平台区超连续谱,并分析了比较了这两种双色场之间的优缺点,为以后的实际应用奠定了坚实的基础。 3.理论证明了通过三色脉冲合成,可将波段连续可调的高次谐波平台区超连续谱的产生进一步提升到高频波段.实现了在产生高频单个阿秒脉冲的同时,大大提高它的能量转化效率(比截止区超连续谱的强度高约五个数量级),为单个阿秒脉冲的实际应用和优化控制提供了另一种新型有效的方法。 4.在实验上证实了周期量级飞秒啁啾脉冲可以有效的在高次谐波的平台区产生超连续谱。频率啁啾和相位匹配气压共同决定了平台区超连续谱的产生,强度以及它的光谱范围。另外,通过改变周期量级飞秒激光脉冲的啁啾,获得了多种不同形式的高次谐波产生,包括超连续谱、偶次谱、干涉谱、分立谱等等。通过脉冲的时域相位测量,确定了脉冲啁啾和各种形式高次谐波产生的关系,为高次谐波后期的实际应用提供了一种便捷有效的方法。


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