进入用阿秒的时间量级来测量物理现象

最近在奥地利 -加拿大 -德国联合研究室以Ｆ .Ｋｒａｕｓｚ教授为首的研究小组第一次探测和测量到一个孤立的阿秒 (10 - 1 8ｓ)量级的脉冲 .他们产生的这个脉冲的持续时间是 6 5 0阿秒 ,其频率处于电磁波谱的软Ｘ射线范围 .利用它能测量单个电子从原子内剥离的图像 ,这是一个阿秒量级的物理现象 .他们的物理实验以及其他许多研究组的工作 (如 :Ｂａｒｔｅｌｓｅｔａｌ.,Ｎａｔｕｒｅ 13Ｊｕｌｙ 2 0 0 0 ;Ｃｈｒｉｓｔｏｖｅｔａｌ.,Ｐｈｙｓ .Ｒｅｖ.Ｌｅｔｔ.11Ｊｕｎｅ2 0 0 1;Ｐａｕｌｅｔａｌ.,Ｓｃｉｅｎｃｅ 1Ｊｕｌｙ 2 0 0 1)表明 …     

非平行偏振双色场驱动产生脉宽稳定的单个宽谱阿秒脉冲

提出一种直接得到脉宽稳定的单个宽谱阿秒脉冲的新方法.利用波长为800 nm脉宽为5 fs的超短脉冲叠加上偏振方向与主脉冲成π/3,脉宽同样为5 fs的二次谐波脉冲驱动氦原子,可以得到宽度达到50 eV的超连续谱.当二次谐波的强度大于10¹⁴ W/cm²时,超连续谱的位置以及谱宽几乎不会随着二次谐波脉冲的强度的改变而改变.对85—125 eV的超连续谱进行滤波可以直接得到100 as左右的单个阿秒脉冲,这个性质对于实验上获得单个宽谱阿秒脉冲而言是非常有利的. 关键词： 阿秒脉冲 超连续谱     

60 fs长脉宽双色场作用下孤立阿秒脉冲的产生

通过数值求解一维含时Schrödinger方程,研究了具有较长脉宽双色激光脉冲与氢原子相互作用产生的高次谐波和阿秒(as)脉冲.这里的双色激光脉冲由一束基频钛宝石主脉冲与另一束红外附加脉冲构成.研究发现,当合成脉冲的脉宽选为12 fs时, 选取合适的附加脉冲波长,合成电场的振幅在始末端时间段能被大幅抑制, 仅中间部分的电场对谐波谱平台区和截止位置起主要贡献. 通过分析合成脉冲电场始末端时间段抑制的机理,进一步扩展了合成脉冲脉宽到60 as, 并得到160 as的孤立短脉冲.这是迄今为止在孤立阿秒脉冲产生研究中所采用的最长脉宽. 该方案中的合成脉冲等效于单一5 fs短脉冲的作用, 却克服了5 fs脉冲低输出能量导致的阿秒脉冲能量低的困难.     

双色场驱动不对称分子气体产生平台区超连续光谱

研究了双色场驱动下不对称分子气体产生的高次谐波. 通过计算机数值模拟,发现当波长为800 nm,脉宽为10 fs的基频场和波长为1200 nm的控制场组成的多光周期双色场作用于不对称分子时,不对称分子的高次谐波在平台区的末端呈现出超连续结构. 超连续谱谱宽达80 eV,可以支持傅里叶极限脉宽为50 as的脉冲输出. 传播后,超连续谱变得更平滑,而且,直接选取超连续谱上的一段,可以得到脉宽约为90 as的单个脉冲输出. 关键词： 超连续谱 阿秒脉冲     

利用低频场控制轨道直接产生低于50阿秒的单个脉冲

提出一种直接得到脉宽小于50as的单个脉冲的新方法.利用波长为800nm脉宽为5fs的超短脉冲叠加上波长为10μm,强度为超短脉冲强度的10％且脉宽足够长的低频场脉冲驱动氦原子,谐波谱可以拓展到I_p+8.2U_p,同时,高于4.2U_p的谐波几乎是连续的.如果继续调节超短脉冲的载波包络相位,超连续谱可以继续拓宽,从而可以得到低于50as的单个脉冲. 关键词： 阿秒脉冲 超连续谱     

少周期飞秒脉冲在氩晶体中高次谐波产生的最优控制

采用第一性原理的含时密度泛函理论,系统地研究了少周期高强度飞秒脉冲驱动氩晶体固体产生孤立阿秒脉冲的脉宽、强度随驱动脉冲波形、偏振方向的变化规律.结果发现：1)固体产生的孤立阿秒脉冲对驱动脉冲波形和偏振十分敏感;2)在最优的驱动脉冲波形和偏振情况下,固体产生的孤立阿秒脉冲的宽度与原子气相比没有明显增大的同时,其强度比原子气产生的强度大了接近4倍.结果对固体孤立阿秒脉冲产生及其调控的探索是有帮助的.     

双色激光脉冲辐照下38 as孤立短脉冲的产生

通过数值求解一维含时薛定谔方程, 本文研究了具有特定波长的双色激光脉冲与氦原子相互作用产生的高次谐波和阿秒脉冲, 这里双色激光脉冲由5 fs较低强度基频钛宝石主脉冲与另一束较高强度的1330 nm 红外附加脉冲构成. 研究发现, 若两束脉冲之间的相对相位选择合适, 可以获得宽带连续辐射的高次谐波谱, 叠加该连续辐射谱可获得脉宽为38 as的孤立短脉冲. 进一步研究发现, 不同于以往孤立阿秒脉冲研究中选出长、短量子路径之一作为辐射源, 这里单阿秒脉冲来源于长、短两个量子路径的贡献, 只是这两个量子路径在很宽的谐波次数变化范围内辐射时刻比较集中. 关键词： 双色激光脉冲 阿秒脉冲 量子路径     

308nmXeCl准分子激光泵浦猝灭式可调谐染料激光器研究

描述了获得准分子激光超脉冲的一种方法，理论上扼要地介绍了淬来式染料激光器产生超短脉冲激光的机理。实验上以香豆素４９８染料得到波长为４９６ｎｍ，脉宽１ｎｓ，能量１．１ｍＪ的染料激光。     

利用多周期空间非均匀啁啾场产生单个短阿秒脉冲

提出了一种直接生成单个短阿秒脉冲的有效方案.采用数值求解一维含时薛定谔方程,理论研究了多周期空间非均匀啁啾场驱动预激发氦离子的高次谐波辐射和阿秒脉冲的产生.结果表明：在空间非均匀啁啾场作用下,谐波截止可扩展至1050阶次,并且高于300阶次以上的谐波是连续的.由于连续谱来自单一量子路径的贡献,滤出连续谱上880-1120阶次的谐波,直接产生了一个脉宽为11.4 as的单个脉冲.通过增加驱动脉冲的持续时间,可获得一个脉宽短至10 as的单个脉冲.     

中红外组合激光场调控宽带超连续谱的产生

本文对原子在波长为2000nm、脉宽为12.5fs的中红外驱动脉冲和脉宽为1.3fs的紫外控制脉冲叠加形成的组合场中产生的高次谐波进行了研究.通过组合场驱动氦原子得到了谱宽为230eV的超连续谱.利用组合场产生的谐波比单独利用中红外脉冲产生的谐波的强度高了3个量级.对超连续谱进行滤波并调节组合场中两束激光的延迟时间,可以直接产生100as的单个脉冲.我们发现超连续谱的宽度和位置几乎不会因为驱动场和控制场强度的变化而改变,这种性质有利于从实验上获得单个宽谱阿秒脉冲.     

高能电子与超强激光束作用产生的阿秒脉冲列

利用非线性汤姆孙散射的理论，从理论和数值模拟上研究了单电子在横向穿越高斯激光束束 腰时所辐射的x射线阿秒脉冲列的性质. 主要分析了电子以初始能量γ₀=1M eV—100M eV横向穿越激光振幅参数为a₀=1—10的高斯光束束腰获得的阿秒辐射脉冲的 时间 和空间性质. 计算表明，辐射呈现脉冲列的形式. 脉冲列的包络宽度取决于激光强度、束腰 的宽度以及入射电子能量. 电子的初始能量比激光强度对电子辐射脉冲的影响更大. 辐射脉 宽、脉冲间隔和脉冲包络宽度都正比于1/γ²₀，辐射功率正比于 γ⁶₀，辐射能 量正比于γ⁴₀. 当改变激光振幅a₀时，辐射功率正比 于a²₀、辐射包络中单 个脉冲脉宽正比于1/a₀、脉冲之间的间隔正比于a₀. 当保持激光强 度不变，而改变光束 束腰半径w₀时，辐射的脉冲数量、包络和辐射能量正比于w₀. 当 激光功率保 持不变时而改变激光强度和束腰半径时，脉冲包络宽度和最大辐射能量都基本不变. 当激光 振幅参数a₀=1，电子初始能量为10MeV时，激光束腰为两个激光波长时，电子 辐 射脉冲包络宽度只有14×10^-3τ₀（τ₀为入 射激光周期），达到几个阿秒的量级. 关键词： 阿秒脉冲 非线性汤姆孙散射 高斯激光光束     

激光与相对论电子束相互作用中阿秒X射线脉冲的产生

本文对激光与相对论电子束相互作用产生的阿秒X射线脉冲进行了研究.阿秒X射线脉冲是由于激光被相对论运动的电子束经过汤姆孙后向散射产生的.讨论了等离子体参数对产生的阿秒X射线的影响.发现其波长随着入射激光的频率的增加或电子束的速度增加而减小.选择合适的参数还可以获得"水窗"波段的X射线.还讨论了相对论电子束的密度与其前沿的密度梯度的大小对所产生X射线的转化效率的影响. 关键词： 阿秒X射线脉冲 汤姆孙后向散射 超强激光 相对论电子束     

超短强激光辐照Ar喷气靶的X射线发射

利用带差分抽运系统的高效高分辨率软Ｘ射线大面积透射光栅光谱仪,对超短强激光脉冲辐照下氩气体靶的软Ｘ射线发射特性进行了光谱诊断。测量了氩气１２ｎｍ￣３５ｎｍ范围内的Ｘ射线发射光谱,并观察到Ｘ射线发射强度随喷气气压的增加而增加。     

任意夹角的双色偏振激光作用下孤立阿秒脉冲的产生

本文选取脉宽为12 fs波长为2000 nm和800 nm的两束线性偏振激光, 适当调节两束激光的偏振方向的夹角θ, 发现当θ=π/2时, 高次谐波谱的第二级平台出现了“漏斗形”凹槽.当θ为π/6时, 得到了290 eV的超宽连续谱的高次谐波发射, 利用小波变换合理的解释了高次谐波形状及截止位置. 在该段连续谱上任意截取70 eV宽度的频率, 都可以得到脉宽约为60 as的孤立阿秒脉冲. 适当减小截取范围可以得到线性偏振的脉宽94 as的孤立阿秒脉冲. 这为实验中产生能灵活调节的孤立阿秒脉冲提供了一种方案.     

传播效应对宽带极紫外连续谱的影响

宽带极紫外连续谱是获得阿秒脉冲的重要途径,在此过程中传播效应是影响宽带极紫外连续谱产生的重要因素,本文针对传播效应对宽带极紫外连续谱的影响,采用慢变波近似的一阶传播方程,研究了传播过程对双色场周期量级激光脉冲产生宽带连续谱及其对应的单个阿秒脉冲的影响.通过分析不同聚焦位置和介质长度的传播过程,发现介质位于焦点之后有利于产生连续谱,同时随着介质长度的变长,虽然单个阿秒脉冲峰值强度有所提高,但是产生的阿秒脉冲宽度也会增加.进一步的分析表明,在特定的双色场延迟优化下,传播效应不仅使得阿秒脉冲强度增强,还可以获得与单原子模型下具有同样脉宽的单个阿秒脉冲,而不会因为传播效应导致阿秒脉冲宽度变宽.     

利用两色组合激光场驱动氦原子产生单个阿秒脉冲

对由波长为1600 nm和800 nm两色激光形成组合场驱动氦原子产生的高次谐波进行了研究,通过改变组合场中主要发射高次谐波期间电场的上升沿和下降沿随时间不同的变化率,使电子长路经和短路径发射谐波的特性发生变化,将由此产生的高次谐波进行叠加时可以得到更短的阿秒脉冲,再调节两束激光场的延迟时间,能够有效地实现抑制电子短路径的贡献,从而得到脉宽为33.7 as的单个阿秒脉冲.     

中红外调制偏振态门驱动极宽带超连续谱

本刊讯高次谐波辐射一直是超快超强激光与物质相互作用领域最为活跃的前沿研究热点之一。高次谐波因其覆盖了极紫外甚至软X射线的光谱范围而成为突破飞秒壁垒和实现阿秒脉冲的极其有效的手段,也是目前唯一能够在实验上实现的方式。近年来,人们采用单光周期极限的驱动脉冲已经获得了80as的单个脉冲,然而脉冲效率比较低,同时脉宽也很难进一步压缩,所以如何获得更短脉宽强的单阿秒脉冲仍是当前研究的热点。     

采用较长脉宽双色场获得孤立阿秒脉冲

通过数值求解一维含时薛定谔方程,本文研究了具有较长脉宽双色激光脉冲与氢原子模型相互作用产生的谐波辐射谱.研究发现,当采用12个光学周期的特定组合脉冲时,孤立阿秒脉冲可以实现.这里特定组合脉冲由两束类似频率脉冲(ω,ω+δω)构成,附加脉冲的作用恰是调整基频光电场的形状.不同于入射基频光,整形后的基频光在时间始末端电场振幅被抑制,只有中间部分电场对谐波谱有贡献,它的作用等同于单一6飞秒超短脉冲的效果.从而扩展获得孤立阿秒脉冲所需脉宽从6飞秒到12飞秒.     

采用双脉冲提高谐波谱的谱线密度

通过计算线偏振双脉冲激光场与一维氢原子模型相互作用产生的高次谐波辐射谱的含时Schrdinger方程. 研究发现,选用适宜的双脉冲激光组合可以增加谐波谱的密度,这样的谐波谱特别适合作为产生孤立阿秒脉冲的光源. 详细地分析了谐波谱线密度增加的物理机理,给出不同脉宽与谐波谱线密度增加的关系,从而可以有针对性地控制谐波谱线的疏密程度. 关键词： 高次谐波 阿秒脉冲 双脉冲     

脉冲啁啾对于阿秒脉冲的影响

采用单电子近似和软核势模型, 通过数值求解一维含时薛定谔方程, 理论研究了当脉冲分别带有正、负啁啾的情况下所产生的阿秒脉冲.分析了不同脉冲啁啾特性对阿秒脉冲的强度和宽度的影响. 研究结果表明, 无论是正啁啾还是负啁啾, 随着啁啾量的增加, 都将使激光脉冲由产生单个阿秒脉冲趋向于产生阿秒脉冲链. 正啁啾和负啁啾对于阿秒脉冲宽度的影响是不同的, 负啁啾对于阿秒脉冲宽度影响很小, 适当的负啁啾有利于缩小阿秒脉冲的宽度; 而正啁啾脉冲产生的阿秒脉冲较无啁啾时展宽, 且随着啁啾量的增加, 其阿秒脉冲宽度迅速增大.