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一般伪谱方法研究强场中三维氢原子高次谐波谱及阿秒动力学

一般伪谱方法研究强场中三维氢原子高次谐波谱及阿秒动力学

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作者：钟慧英吉林大学

学位级别：硕士

本文采用一般伪谱方法数值求解含时薛定谔方程,研究球坐标下三维氢原子高次谐波的产生以及孤立阿秒脉冲的生成。主要提出在三种不同的组合激光场作用下通过对氢原子高次谐波谱平台的延展、发射效率的提高而产生超短超强孤立阿秒脉冲的... 详细信息

本文采用一般伪谱方法数值求解含时薛定谔方程,研究球坐标下三维氢原子高次谐波的产生以及孤立阿秒脉冲的生成。主要提出在三种不同的组合激光场作用下通过对氢原子高次谐波谱平台的延展、发射效率的提高而产生超短超强孤立阿秒脉冲的方案。首先,我们理论研究在800 nm近红外激光脉冲叠加场强为0.01947THzE?a.u.的太赫兹场作用下高次谐波的发射。研究表明,对谐波产生贡献的量子轨道发生了变化,同时高次谐波平台被拓展形成超连续谱。利用相应的电子电离几率有效地解释了高次谐波谱发射的动力学过程。我们还利用小波变换计算了谐波的时频分析图像并结合相应的半经典三步模型,从量子和经典两方面进一步解释了高次谐波发射的物理机制。此外,在没有任何相位补偿情况下,我们叠加截止区附近一段合适的谐波谱,得到了一个持续时间为133 as的孤立阿秒脉冲。第二,我们提出了一种氢原子在800 nm和1600 nm双色非均匀场作用下产生超短孤立阿秒脉冲的可行性方案,并讨论三种不同拟合形式的非均匀场对高次谐波发射的影响。我们利用三种不同的拟合方式仿真实验室中的两尖端距离为18nm的领结型纳米结构,对比了氢原子在不同拟合方式的非均匀场作用下高次谐波发射的过程。研究表明,氢原子在双色均匀场作用下能够发射高次谐波,当双色激光通过等离子体作用后产生了空间非均匀双色激光场,氢原子在这种双色非均匀场的作用下高次谐波谱的平台区有明显的延展,尤其是在多项式拟合形式的非均匀场作用下高次谐波的截止位置扩展得更加明显。利用小波变换计算了谐波的时频分析并结合相应的半经典三步模型,从量子和经典两方面进一步解释了高次谐波发射的物理机制。我们还研究电子波包随时间演化的概率分布图,结果表明,与两种简单的一阶微扰拟合形式的非均匀场相比,在多项式拟合形式的非均匀场作用下,电子在激光场作用下的运动过程中,受到激光场强度的空间非均匀性作用,可以被电离到更远的距离,因此可以在连续态中获得更多的能量,电子与母核复合时会释放出更多能量,发射出更高阶次的谐波谱。最后,在没有任何相位补偿情况下,我们叠加平台区中一系列合适的谐波谱,最终得到了一个持续时间为64 as的孤立阿秒脉冲。第三,理论研究在紫外光叠加啁啾激光场作用下高次谐波的发射。结果表明叠加强度较弱的紫外光时,会大大提高谐波的转换效率。当叠加一束波长为128nm的紫外光后,电子吸收单个光子的能量就可以由束缚态跃迁到第一激发态,处在第一激发态的电子在啁啾激光场中被电离的几率大大增加,从而高次谐波的转换效率随之提高。当叠加一束波长为256 nm的紫外光后,电子吸收双光子的能量才可以由束缚态跃迁到第一激发态。因此在叠加128 nm的紫外光作用下谐波发射的效率要比在叠加256 nm的紫外光作用下谐波发射效率低。我们通过小波变换计算出谐波的时频分析图像并结合相应的半经典三步模型,从量子和经典两方面进一步解释了谐波发射的物理机制。结合电子波包的概率随时间的变化图,更加准确地证实了以上结论。最后通过叠加平台区200-260阶次的谐波谱,得到了持续时间为64 as的超强孤立阿秒脉冲。

关键词：强激光脉冲高次谐波发射金属纳米结构非均匀场孤立阿秒脉冲的合成

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