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基于单周期脉冲的阈上电离和高次谐波产生的理论分析

裘恩明  
【摘要】:随着超快激光技术的发展,人们已经在实验室中,在多个波段上,获得了单周期甚至亚周期的激光脉冲。单周期脉冲及其与物质的相互作用过程也因此渐渐成为一个理论热点问题。我们利用由复点源方法推导得到的单周期脉冲光束(SCPB)的解析表达式,对单周期脉冲与物质的相互作用过程做了较系统的研究。与相对较长的脉冲相比,单周期脉冲具有内禀啁啾,自蓝移等特性。这些特性都将对阈上电离、高次谐波产生、总电离率以及电离率空间分布的不对称性等产生直接的影响。 我们通过数值求解含时薛定谔方程,模拟了超强单周期脉冲与氢原子的相互作用过程,并对其中的高阶谐波产生过程,总电离率以及电离率空间分布的不对称性与脉冲参数之间的关系进行了研究。在数值求解过程中,我们建立了cos-1型的吸收边界,用来吸收原本会被边界反射的几率波。利用虚拟时间演化的方法求解了包括基态波函数在内的若干个本征态。并且对计算电离率的两种方法——本征态方法和概率流方法,做了较为详细的探讨。 通过对比在不同包络的脉冲作用下得到的高次谐波,我们发现,脉冲包络的形式,对亚周期脉冲高阶谐波产生的影响要远大于少周期脉冲。另外,在亚周期范围内,随着脉宽的不断减小,相互作用后产生的高次谐波的截止能量也不断减小。截止能量随脉宽的这种移动被认为与脉冲中心频率随脉宽的蓝移有关。 另外,我们分析了氢原子的总电离率随初始位相变化的情况。通过和强场近似下的ADK电离理论的比较,我们发现,随着脉宽进入亚周期,ADK理论所预言的总电离率与数值模拟的结果有较大差异。这说明强场近似在亚周期范围不再适用。进一步的分析表明,在亚周期范围内,更多的本征态参与了电离过程,这种非绝热效应使得实际的电离率超过了ADK理论的预言。 此外,我们还研究了不同初始位相下的电离率空间分布的不对称性。发现在亚周期范围内,随着脉宽的变化,不对称曲线零点会发生显著的移动。并且移动量随脉宽的增大逐渐变小。在脉宽到达几个周期的情形下,电离率不对称零点就不再随脉宽显著变化了。对此现象产生的原因,有待进一步的分析。


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