一维周期势下固体高次谐波产生的电子动力学研究

作     者：尹嘉 

作者单位：山西师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苗向阳

授予年度：2022年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 07[理学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 070203[理学-原子与分子物理] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：固体高次谐波产生 周期势 含时薛定谔方程 电子动力学 掺杂率 空位率 

摘      要：近年来,高次谐波的产生作为一种极端的非线性效应逐渐被人所熟知,相关的研究如火如荼,方兴未艾。强激光作用于气体介质上时,非线性效应随之发生,随后,上百阶的高能谐波光子辐射而出。作为一种相干的宽谱高能光源,它可以用来产生阿秒脉冲(10s),它也可以在百电子伏附近及以下的波段部分代替同步辐射光源,甚至在一定程度上优于同步辐射光源。随着研究的深入,气体介质密度低,较难被电离,稳定性差等缺点逐渐暴露,而相比较而言,固体介质能较好的弥补这些缺点,由此,固体高次谐波逐渐受到广泛关注。基于一维周期势,通过数值求解含时薛定谔方程,模拟了固体高次谐波的产生过程,对其中的物理机制进行了较为详尽的探究。首先,将激光作用于不同晶格条件下的固体材料,研究两种情况下高次谐波产生的电子动力学过程。结果表明,较大晶格材料产生的谐波效率更高,且截止能量更大。基于时频图及经典图像等的辅助分析,不难发现,对于大晶格条件下,导带上有更多的电子,且用于产生谐波的电子路径更多。通过分析电子含时布居,探究了谐波产生的电子动力学过程,从而加深了对固体谐波物理机制的理解与认知。此外,又研究了缺陷固体中高次谐波产生的电子动力学过程。将关注点放在了供体掺杂和空位缺陷两种缺陷形式下的固体材料,探究在少周期激光作用下,不同缺陷率的固体谐波的截止能量的变化规律。结果表明,对供体掺杂固体而言,随着缺陷率从零开始增加,谐波效率逐渐提高,截止能量出现了先减小后增大的变化规律,并且这一规律同样适应于空位缺陷固体;且同浓度下,空位缺陷谐波效率更高。这可以归因于能带结构的变化,随着缺陷率的增加,能带分裂现象逐渐明显,原来位于费米能级以下的杂质能态能量逐渐升高,便于电子跃迁到更高能级。通过对能带结构,以及电子的含时布居图,可以得知激光作用下的电子能态的变化情况,看到价带上的电子存在两种跃迁方式,揭示了谐波截止位置变化以及效率提高的内在物理机制。