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双色场作用下原子的高次谐波发射和孤立阿秒脉冲的产生

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双色场作用下原子的高次谐波发射和孤立阿秒脉冲的产生

作者：翟振吉林大学

学位级别：硕士

本文通过数值求解激光与原子相互作用的含时薛定谔方程,深入研究了初态分别为基态和叠加态(由基态与第一激发态等权线性叠加而成)的一维模型氦离子在双色场作用下的高次谐波发射以及阿秒脉冲的产生,讨论了谐波平台展宽和谐波发射效率提... 详细信息

本文通过数值求解激光与原子相互作用的含时薛定谔方程,深入研究了初态分别为基态和叠加态(由基态与第一激发态等权线性叠加而成)的一维模型氦离子在双色场作用下的高次谐波发射以及阿秒脉冲的产生,讨论了谐波平台展宽和谐波发射效率提高的物理机制,并提出了一种获得超短孤立阿秒脉冲的有效方案。具体工作包括两部分: 第一,利用分裂算符方法研究了初态为基态的氦离子在单色场和双色场作用下的高次谐波发射,证实了原子在单色场作用下的普遍截止规律。另外,结合半经典三步模型理论和小波时频分析,给出了双色场能够有效展宽谐波平台以及谐波谱呈现双平台结构的物理解释。通过改变双色激光场光强实现了电子运动轨道的相干控制,获得了63阿秒孤立脉冲。第二,制备氦离子初态为基态与第一激发态的等权叠加,在双色场辐照下,不仅实现了谐波平台的展宽,而且谐波发射效率得到大幅度提高。通过调节双色场相对相位,谐波谱第二个平台被抬高了三个数量级,并且在平台截止区附近形成了较宽的超连续谱。由于超连续谱来源于单一(短)电子轨道的贡献,从而获得了宽度为45阿秒的孤立的极紫外脉冲。

关键词：高次谐波发射双色场相干叠加态阿秒脉冲

双色圆偏振激光场作用下H2+高次谐波的增强及阿秒脉冲的产生

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双色圆偏振激光场作用下H2+高次谐波的增强及阿秒脉冲的产生

作者：刘海凤吉林大学

学位级别：硕士

阿秒脉冲能够探测电子动力学过程,帮助人们进一步认识微观世界,因此阿秒脉冲的获得备受关注。目前,获得阿秒脉冲的途径有高次谐波、受激拉曼散射以及汤姆逊散射等。由于高次谐波覆盖的光谱范围较广,因此利用高次谐波谱合成阿秒脉冲成为... 详细信息

阿秒脉冲能够探测电子动力学过程,帮助人们进一步认识微观世界,因此阿秒脉冲的获得备受关注。目前,获得阿秒脉冲的途径有高次谐波、受激拉曼散射以及汤姆逊散射等。由于高次谐波覆盖的光谱范围较广,因此利用高次谐波谱合成阿秒脉冲成为首选途径。高次谐波的特征为:谐波效率在低阶次区飞速下降,然后出现一个效率几乎不变的平台,最后谐波效率在某一阶次附近急速下降。半经典三步模型能够很好地解释高次谐波发射现象:库仑势在强激光场作用下发生畸变,使得电子有一定几率发生隧穿或多光子电离,然后被电离的电子可看作不受库仑势影响的自由电子,只在激光场作用下运动,最后,当激光场方向发生变化时,电子有可能回到母核附近,并与母核复合,释放高能光子,此过程即高次谐波的发射。目前,在理论与实验上,为了获得孤立阿秒脉冲,已有许多方案被提出,比如双色场调控方案、偏振门方案、少周期方案等等。本文利用虚时演化求得初始波函数,再用分裂算符法求解二维含时Schr?dinger方程,研究圆偏振激光场、双色圆偏振激光场及它们与静电场的组合场作用在H时高次谐波与阿秒脉冲的产生。本论文的工作有以下几个方面:第一,研究H在圆偏振激光场及其与静电场的组合场作用下高次谐波与阿秒脉冲的产生。从理论计算上发现,在圆偏振激光场下产生的高次谐波效率较低,截止能量较小,为此,我们在圆偏振激光场x方向上叠加一个静电场,发现谐波强度增强,截止能量也增大。我们以静电参数a(28)0.25为例进行深入探究。在圆偏振激光场x方向上叠加静电场时,与只有圆偏振激光场作用的情况相比,该组合场下谐波强度提高了3个数量级,谐波截止能量延展到230e V左右,在170e V30e V范围内谐波谱比较光滑。为了深入了解该过程,我们利用时频分析和三步模型进一步分析,结果符合得很好。此外我们还给出电子轨迹,发现加入静电场后,相对于只有圆偏振激光场时,电子运动的距离较远,这样会使得电子在激光场中运动时获得更多能量,这也解释了谐波平台的展宽。最后,得到孤立阿秒脉冲为101as。第二,理论研究了H在双色圆偏振激光场(750nm的左旋圆偏振激光场与375nm的右旋圆偏振激光场)作用下高次谐波的产生,与其在单色圆偏振激光场作用下产生的谐波相比,谐波强度提高,且截止能量增大。然后在双色圆偏振激光场x方向叠加静电场,研究了不同静电参数对谐波的影响,发static0E(28)aE现a(28)0.3时谐波调制较少且截止能量比较大。所以,本文以a(28)0.3为例来探究静电场对谐波的影响,与只有双色圆偏振激光场作用的情况相比,谐波平台被拓宽了65e V,截止能量达到了165e V,且在90e V65e V范围内谐波调制较少。通过叠加能量范围在140e V65e V的谐波,我们可以得到一个159as的孤立阿秒脉冲。最后,研究了在左旋圆偏振激光场频率不变,右旋圆偏振激光场频1w率分别取2.5、2、1.5的情况下谐波的产生,从谐波谱以及时频分析图1w1w1w可知,当右旋圆偏振激光场频率为1.5时,谐波平台展宽最大,且谐波调制1w较少。通过叠加85e V20e V的谐波,得到了脉宽为106as的阿秒脉冲。

关键词：高次谐波产生阿秒脉冲双色圆偏振激光场静电场

利用自研阿秒条纹相机测得159as孤立阿秒脉冲

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中国激光 2020年第4期47卷 321-324页

作者：王向林徐鹏李捷袁浩白永林王屹山赵卫中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室陕西西安710119 中国科学院光电研究院北京100094 中国科学院大学北京100049

为了精确地测量阿秒脉冲的特性,自主研制了一套具有高能量分辨率的阿秒条纹相机,该相机采用了电子飞行距离长达2 m的磁瓶式结构电子飞行时间谱仪,可在提高能量分辨率的同时具有较高的光电子收集效率;在该设备的光路系统中实现了NIR飞秒... 详细信息

为了精确地测量阿秒脉冲的特性,自主研制了一套具有高能量分辨率的阿秒条纹相机,该相机采用了电子飞行距离长达2 m的磁瓶式结构电子飞行时间谱仪,可在提高能量分辨率的同时具有较高的光电子收集效率;在该设备的光路系统中实现了NIR飞秒脉冲与XUV阿秒脉冲延时扫描的稳定精度秒脉冲的光电场,在氖气池中产生了孤立阿秒脉冲。利用上述阿秒条纹相机测量该脉冲,获得了阿秒光电子条纹谱,通过基于单频滤波的相位重构算法得到159 as的孤立阿秒脉冲。

关键词：超快光学超快激光阿秒脉冲阿秒条纹相机阿秒测量高次谐波产生

利用蝴蝶型纳米结构下的极化门方案输出单个阿秒脉冲

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原子与分子物理学报 2019年第1期36卷 82-86页

作者：冯立强刘航辽宁工业大学理学院锦州121001 中国科学院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室大连116023 辽宁工业大学化学与环境工程学院锦州121001

理论研究了在蝴蝶型纳米结构下运用多周期极化门方案驱动He原子输出高次谐波以及阿秒脉冲的特点.结果表明,由于纳米结构表面的等离子共振增强现象,谐波截止能量得到延伸.同时,由于激光场呈现空间非均匀性,长量子路径对谐波的贡献被减弱... 详细信息

理论研究了在蝴蝶型纳米结构下运用多周期极化门方案驱动He原子输出高次谐波以及阿秒脉冲的特点.结果表明,由于纳米结构表面的等离子共振增强现象,谐波截止能量得到延伸.同时,由于激光场呈现空间非均匀性,长量子路径对谐波的贡献被减弱.并且,在极化门控制下,谐波平台区的贡献只来源于单一的谐波辐射能量峰,进而形成一个147 eV的超长平台区.最后,通过叠加平台区的谐波,可获得一个持续时间在30 as的超短脉冲.

关键词：高次谐波阿秒脉冲极化门方案蝴蝶型纳米结构空间非均匀激光场

双色场辐照下始于离子迭加态的高次谐波的增强发射和强阿秒脉冲的产生

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双色场辐照下始于离子迭加态的高次谐波的增强发射和强阿秒脉冲的...

作者：于若飞吉林大学

学位级别：硕士

本论文理论研究了初态为迭加态(由基态与第一激发态等权线性迭加而成)的单电子模型离子在双色场辐照下,其高次谐波谱的增强发射以及高效阿秒激光的生成,具体的工作如下: 一、通过比较初态为基态和迭加态的He+离子在单色场辐照下的高次... 详细信息

本论文理论研究了初态为迭加态(由基态与第一激发态等权线性迭加而成)的单电子模型离子在双色场辐照下,其高次谐波谱的增强发射以及高效阿秒激光的生成,具体的工作如下: 一、通过比较初态为基态和迭加态的He+离子在单色场辐照下的高次谐波发射功率谱,发现谐波的效率有了明显提高;通过比较初态为基态的He+离子在单色场和双色场辐照下的高次谐波发射功率谱,发现在双色场辐照下谐波的平台得到大幅度展宽,而且呈现双平台结构,并利用‘三步’模型理论及小波分析的方法给出了合理的解释。二、利用优化理论,将He+离子的初态置为基态与第一激发态的迭加态,再调整双色场适当的光强度比和相位差,得到了效率高的超连续谱,并利用‘三步’模型理论及小波分析的方法给出了合理的解释。三、对所得的谐波功率谱做时间频率分析得到了谐波发射的量子轨道,通过调节相位差实现了单一量子轨道的控制,具体分析了量子轨道得以控制的机制,并通过叠加超连续谱的171-230次谐波得到50as以下的强阿秒脉冲。

关键词：高次谐波双色场迭加态阿秒脉冲

原子在啁啾激光场中产生高次谐波及阿秒脉冲的研究

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原子在啁啾激光场中产生高次谐波及阿秒脉冲的研究

作者：李伟西北师范大学

学位级别：硕士

阿秒脉冲(1as=10-18s)技术的发展是超快光学领域一个重要的成就，它的出现不仅极大地促进了光谱学和时间分辨测量学的发展，而且实现了人们在原子分子尺度进行实时观测、操纵和追踪电子超快动力学行为的梦想。在过去的十年中，科学家们... 详细信息

阿秒脉冲(1as=10-18s)技术的发展是超快光学领域一个重要的成就，它的出现不仅极大地促进了光谱学和时间分辨测量学的发展，而且实现了人们在原子分子尺度进行实时观测、操纵和追踪电子超快动力学行为的梦想。在过去的十年中，科学家们一直在努力地寻求着产生更短阿秒脉冲的技术和方法。由于高次谐波的频谱范围可延伸到软X射线的区域，并且在截断位置附近有超连续性的优点，所以它成为了当前实验和理论研究中产生阿秒脉冲的首选光源。当前实验室中主要是利用惰性气体在强激光场中的高次谐波来产生阿秒脉冲，具体方法有：偏振门技术、电离门技术、两色门技术。在理论研究中主要是利用激光场驱动单原子产生高次谐波，通过选择合适的激光场来优化高次谐波的产生，从而获得单个阿秒脉冲，其方法是用数值方法求解激光场中原子的含时薛定谔方程。近年来，人们更加热衷于对强激光与分子相互作用的研究，这是因为强激光与分子的相互作用过程中不仅会出现和原子体系同样的现象，而且会出现一些更为复杂、有趣的物理过程。如分子键的软化、硬化、断裂，分子的解离以及库伦爆炸等现象。同样，理论上对这些现象的研究主要还是数值求解分子体系在强激光场中的含时薛定谔方程。本文的具体工作分为以下两部分：第一，本文采用分裂算符方法，数值求解了原子在强激光场中的含时薛定谔方程。研究了一维模型氦原子在波长800nm，脉冲宽度5fs的啁啾激光和半周期脉冲形成的组合场中产生的高次谐波，发现高次谐波谱的截止位置能量可达I p+21.6Up。对平台区域一定阶次不同范围的谐波谱叠加，都可以得到单个阿秒脉冲，最短可达37as。并利用经典分析与量子时频分析对高次谐波的发射特性进行了研究。第二，基于我们即将开展有关强激光与分子相互作用的工作，在第四章我们利用B样条函数展开方法数值求解了氢原子和氢分子离子的定态薛定谔方程，分别计算了这两种体系的能级和波函数，研究表明，若在氢分子离子核的位置布置几重B样条函数的节点，不仅省机时，而且对不同的核间距所得的能级值都能达到很高的精度。

关键词：啁啾激光场半周期脉冲高次谐波阿秒脉冲 B样条函数定态薛定谔方程氢原子能级和波函数氢分子离子能级和波函数

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双色场模式产生阿秒脉冲的理论探究

双色场模式产生阿秒脉冲的理论探究

作者：黄鑫亭大连海事大学

学位级别：硕士

超短脉冲是用来探索超快时域过程的关键,对于超短脉冲的研究几乎已经接近了它的极限——飞秒级,飞秒级可以探测分子尺度的动力学过程,但是无法去更深地研究电子的运动过程。阿秒级脉冲的产生能够捕捉原子内电子的运动过程。阿秒的出现,... 详细信息

超短脉冲是用来探索超快时域过程的关键,对于超短脉冲的研究几乎已经接近了它的极限——飞秒级,飞秒级可以探测分子尺度的动力学过程,但是无法去更深地研究电子的运动过程。阿秒级脉冲的产生能够捕捉原子内电子的运动过程。阿秒的出现,为探索微观世界开启了一扇新的大门。使电子在原子、分子中的追踪和掌握也成为了现实。在本文中我们通过叠加两个激光场,调节不同的激光参数,探讨不同激光参数对于阿秒脉冲产生的影响,实现更好阿秒脉冲的获得。首先,我们用一个波长为800nm,脉宽为6fs的激光场作为基频场,叠加一个2400nm的中红外激光场,通过不同的方案来研究场强,载波相位和驱动场脉冲宽度等因素对于产生阿秒脉冲的影响。此外,用上述基频场叠加一个太赫兹场,来探讨当太赫兹场作为控制场给阿秒脉冲的产生带来的影响。最后,分别用可见光叠加中红外场、太赫兹场得到16as和12as的阿秒脉冲。

关键词：阿秒脉冲强场物理高次谐波双色场模式

双色激光场中脉冲波长和相位对高次谐波和阿秒脉冲的影响

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双色激光场中脉冲波长和相位对高次谐波和阿秒脉冲的影响

作者：左强南京邮电大学

学位级别：硕士

原子与强激光场相互作用,会产生一些用传统的微扰理论无法进行阐述的物理现象,其中就包括了高次谐波辐射。上世纪60年代以来,人们就开始通过谐波辐射来获取激光谱线。尤其是近几年来超短超强的激光技术的飞速发展,为谐波辐射研究带来了... 详细信息

原子与强激光场相互作用,会产生一些用传统的微扰理论无法进行阐述的物理现象,其中就包括了高次谐波辐射。上世纪60年代以来,人们就开始通过谐波辐射来获取激光谱线。尤其是近几年来超短超强的激光技术的飞速发展,为谐波辐射研究带来了强有力的技术支持。目前,利用超短超强的激光脉冲与原子相互作用产生高次谐波辐射的理论和实验研究正越来越受到人们的关注,吸引着几个全球范围内最优秀的实验室和实验小组来从事高次谐波相关方面的研究,使得高次谐波辐射方向的研究取得了日新月异的进步和发展。本文通过调节双色场中驱动脉冲相对相位以及控制脉冲的波长控制高次谐波和超短阿秒脉冲的产生,并对其物理机理进行了理论探索,具体的研究内容如下:(1)本文研究了双色场中控制脉冲的波长对产生高次谐波和超短阿秒脉冲的影响,通过求解含时薛定谔方程,研究了双色激光场中控制脉冲波长从600 nm到2400 nm时产生的高次谐波,该双色场由9 fs/1600 nm驱动激光脉冲和较弱的6 fs控制激光脉冲叠加而成。我们进行了含时量子波包计算,通过调节控制脉冲的波长可以改善激光场波形,避免第二主峰与主峰之间的相消干扰,提高高次谐波转换效率。并对控制脉冲波长的影响进行了系统的讨论,结果表明控制脉冲波长取1600 nm时能够产生超宽带高次谐波光谱和超短孤立阿秒脉冲。其中,通过滤波技术叠加高次谐波谱的第一平台区可以获得4.5 as的孤立脉冲。这种高强度的超短脉冲提供了一个前所未有的时间分辨率,使得观察超快电子动力学成为可能。(2)在上一研究的基础上,采用9 fs/1600 nm的驱动激光脉冲和6 fs/1600 nm的控制激光脉叠加而成的双色场,进一步的研究了驱动脉冲相位对产生高次谐波和超短阿秒脉冲的影响。同样通过求解该双色场的含时薛定谔方程,研究了双色激光场中驱动脉冲相位从0π到1.9π时产生的高次谐波。在截止区域,可以通过改变驱动脉冲的相位来控制高次谐波平台的宽度。从而获得带宽为499 eV的超宽超连续谱谐波谱,通过叠加平台区的谐波谱可以获得超短的3.8 as的孤立阿秒脉冲。为了进一步了解谐波产生的物理机制,还进行了经典电离和量子时频分析。

关键词：高次谐波双色激光场超宽超连续谱阿秒脉冲

原子在非均匀场中的高次谐波发射和阿秒脉冲产生

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原子在非均匀场中的高次谐波发射和阿秒脉冲产生

作者：王群吉林大学

学位级别：硕士

光与物质的相互作用一直是物理学研究的重要课题，近年来，随着激光技术的快速发展，激光脉冲的宽度被不断缩短而强度却被不断提高，与此同时，人们对光与物质相互作用的研究也进入到强场物理领域。强激光脉冲的使用极大地拓展了人们对... 详细信息

光与物质的相互作用一直是物理学研究的重要课题，近年来，随着激光技术的快速发展，激光脉冲的宽度被不断缩短而强度却被不断提高，与此同时，人们对光与物质相互作用的研究也进入到强场物理领域。强激光脉冲的使用极大地拓展了人们对光与物质相互作用的认识，一系列新奇的强场物理现象被发现。这些新现象的出现为理论和实验研究都带来了巨大的挑战，同时，也推动了现代激光技术的进一步发展。在这些新的强场现象中，原子分子的高次谐波发射吸引了人们广泛的关注。高次谐波辐射谱的等频间隔特点及其所具有的延展的平台结构为产生极紫外相干辐射和制备脉宽达阿秒量级的光脉冲提供了绝佳的途径。阿秒脉冲将为人类进一步认识原子分子内部电子的超快动力学过程打开了大门。目前，对高次谐波的研究主要集中在提高谐波转化效率和拓展谐波平台的截止位置这两个方面。最近，实验上发现利用强激光与金属纳米结构作用产生的等离子体可有效地增强局域空间中的激光场强度，并驱动原子发射出高次谐波。理论和实验研究表明这种由等离子体产生的空间非均匀的场可有效地降低高次谐波发射所需的激光强度，同时也可提高谐波转化效率并大幅延展谐波平台。非均匀场的这些优良特性为产生更短更强的阿秒脉冲提供了新的方法。同时，非均匀场在空间中的独特的分布形式对电子的重散射动力学行为会产生重要影响，这使人们对高次谐波发射机制有了新认识，并促使人们研究新的调控高次谐波发射和实现孤立阿秒脉冲的新方法。在本文中，我们通过理论计算开展了对非均匀场下原子高次谐波发射的研究工作，主要包括两方面内容：首先，我们通过求解一维含时Schr dinger方程研究了非均匀啁啾双色场驱动下的氦离子的高次谐波发射过程，并制备出孤立的阿秒脉冲。当选取啁啾参数b=0.25时，通过控制非均匀场的强度得到了光滑的超连续谱，并产生出脉宽达48as的阿秒脉冲。通过运用半经典三步模型，研究了高次谐波发射的物理机制。通过小波变换方法又对高次谐波发射过程进行了时频分析，并且与电子的经典运动轨迹进行了对比分析，结果显示在空间非均匀场下长轨道消失，短轨道加强。此外，还讨论了空间非均匀啁啾双色场中时间延迟对谐波和孤立阿秒脉冲产生的影响，发现适当调整时间延迟值可以得到较大延展的光滑的超连续谐波谱。本方案中，当时间延迟为t0=1.6p w1时，谐波得到了最大延展，通过对600次到680次谐波合成得到了脉冲持续时间为32as的孤立阿秒脉冲。此外，我们通过求解一维含时Schr dinger方程，研究了少周期激光脉冲驱动的非均匀场下氦原子的高次谐波发射过程。通过在纳米结构空隙中心附近的区域内变动原子的空间位置，我们计算了不同原子位置处的高次谐波谱。当所使用的入射激光的光强为I=5×1014W/cm2，持续时间为4个光周期，载波包络相位为f=0时，我们发现：在坐标轴的正半区，随着原子和中心距离的增大，高次谐波谱的截止位置逐渐增大，同时，高次谐波谱的连续区在向高阶次展宽的同时也向着低阶次扩展，结果在空间位置为9a.u.处，高次谐波谱上形成了一个宽度达125阶次的光滑的连续区;然而，在坐标轴的负半区，随着原子和中心距离的增大，高次谐波的截止位置逐渐变小，且谐波的连续区宽度也不断变短。这些结果说明在少周期激光场下，原子空间位置对高次谐波发射过程具有很大影响，为此，我们通过小波变换和半经典三步模型分析了不同原子位置处发射高次谐波的物理机制。

关键词：强激光脉冲高次谐波发射非均匀场阿秒脉冲金属纳米结构