HeH~(2+)分子多通道谐波发射的理论研究

利用非波恩奥本海默近似模型,理论研究了强激光场下HeH~(2+)分子发射高次谐波的特点.计算结果表明,HeH~(2+)分子的谐波截止能量要大于经典预言值.理论分析表明,延伸的谐波截止能量是由于激发态激光诱导电子跃迁所产生的多通道电子电离-回碰过程所导致的.随后利用双色空间非均匀激光场机制,谐波截止能量进一步延伸,形成了1个由单一量子路径贡献而成的482 eV的超长平台区.该辐射能量相当于单色激光场场强被增强了3倍的结果 .并且高振动激发态会产生强度更高的谐波光谱.最后,通过适当的叠加谐波平台上的谐波,可获得一系列脉宽在30 as的超短X射线光源.     

空间非均匀场下核间距对不对称分子谐波发射的影响

数值研究了空间非均匀场下核间距离对于不对称分子HeH2+发射高次谐波以及阿秒脉冲的影响。计算结果表明,通过适当调节HeH2+分子离子的核间距离以及空间非均匀参数,不仅谐波发射的截止能量得到了延伸,而且单一的短量子路径也被选择出来对谐波发射起作用。随后适当引入第二束控制激光场,谐波截止能量得到了进一步扩展,形成了两个带宽分别在431eV和372eV的连续平台区。 最后,通过适当的叠加谐波,可获得脉宽为31as-65as的一系列阿秒X射线光源。     

HeH2+分子谐波辐射的空间分布

理论研究了HeH2+分子发射高次谐波的空间分布情况。结果表明：分子谐波发射主要集中在He核和H核附近。当核间距离较小时,He核辐射谐波强度要比H核辐射谐波强度高2~3个数量级。当核间距离较大时,He核辐射谐波强度要比H核辐射谐波强度高4~5个数量级。当空间非均匀激光场引入后,谐波截止能量得到延伸,并且,随着空间非均匀激光场位置由负向到正向移动(-100 a.u.到100 a.u.),谐波截止得到进一步延伸。但是He核辐射谐波强度依然大于H核。最后,通过叠加谐波可获得脉宽在60 as的超短脉冲。     

HeH2+分子谐波辐射的空间分布

理论研究了HeH2+分子发射高次谐波的空间分布情况。结果表明：分子谐波发射主要集中在He核和H核附近。当核间距离较小时,He核辐射谐波强度要比H核辐射谐波强度高2~3个数量级。当核间距离较大时,He核辐射谐波强度要比H核辐射谐波强度高4~5个数量级。当空间非均匀激光场引入后,谐波截止能量得到延伸,并且,随着空间非均匀激光场位置由负向到正向移动(-100 a.u.到100 a.u.),谐波截止得到进一步延伸。但是He核辐射谐波强度依然大于H核。最后,通过叠加谐波可获得脉宽在60 as的超短脉冲。     

时-空域波形优化延伸高次谐波截止能量的研究

在高次谐波发射三步模型的指导下,理论研究了三色场时-空域波形调控对谐波截止能量的影响．在时域调控下,通过改变三束激光场的强度比、相位和延迟时间获得了最佳的三色场时域波形．在该波形下,谐波截止能量得到最佳延伸．在空间调控下,在上述最佳波形的基础上选择适当的正向激光非均匀效应后,谐波截止能量得到了进一步延伸．并且,随着非均匀参数增大,谐波截止能量也可持续增大．通过分析激光波形、空间非均匀效应和谐波发射过程给出了谐波截止能量延伸的原因．并且,通过叠加部分谐波可获得脉宽为45as的单个脉冲．     

对称分子H2+在强短波激光场中高次谐波椭偏率性质的研究

通过数值计算,研究了强短波(400—600 nm)激光场中H₂⁺分子高次谐波辐射的椭偏率性质.研究表明,H₂⁺分子在不同激光强度、不同激光波长、不同核间距及不同取向角下高次谐波的椭偏率性质是不同的;特别是在两中心干涉区,激发态在高次谐波产生中起着重要作用,但在不同取向角下,激发态对谐波椭偏率的影响不同;分析表明,这些不同的影响源于沿平行和垂直于激光偏振方向辐射的高次谐波的相对产量,以及激发态对平行和垂直谐波产量的影响;此外,椭偏率的测量检验了强场近似和平面波近似在强短波激光场中是成立的,并对强短波激光场中分子动力学做了更充分的研究.     

HeH~(2+)分子谐波辐射的空间分布

理论研究了HeH~(2+)分子发射高次谐波的空间分布情况.结果表明:分子谐波发射主要集中在He核和H核附近.当核间距离较小时,He核辐射谐波强度要比H核辐射谐波强度高2~3个数量级.当核间距离较大时,He核辐射谐波强度要比H核辐射谐波强度高4~5个数量级.当空间非均匀激光场引入后,谐波截止能量得到延伸,并且,随着空间非均匀激光场位置由负向到正向移动(-100 a.u.到100a.u.),谐波截止得到进一步延伸.但是He核辐射谐波强度依然大于H核.最后,通过叠加谐波可获得脉宽在60 as的超短脉冲.     

利用远紫外光产生多重谐波截止能量延伸

数值研究了氦离子在红外激光场与远紫外激光场驱动下辐射高次谐波的过程.计算结果表明,当远紫外激光场加入后,电子在与母核回碰的过程中会再吸收远紫外光子,进而导致谐波截止能量以远紫外光子能量为间隔的延伸.随着远紫外激光场场强的增强,电子在回碰过程中会吸收更多的远紫外光子,因此多重谐波截止能量会进一步延伸.最后,随着红外激光场与远紫外激光场延迟时间的改变,多重谐波截止能量的延伸可以得到调控.     

利用三束中红外空间非均匀激光场产生超长平台区

数值研究了氦离子在三束中红外激光场下发射高次谐波以及阿秒脉冲的特点. 计算结果表明, 通过适当调节三束激光场的延迟时间和相位角, 不仅谐波发射的截止能量得到了延伸, 而且单一的量子路径也被选择出来对谐波发射起作用, 随后通过适当的引入空间非均匀参数,谐波截止能量得到了进一步扩展,形成了一个超长的1773eV的平台区. 并且我们发现当选择氦离子的基态和第一激发态为叠加初始态时,谐波的强度被增强了4-6个数量级. 最后, 通过叠加谐波谱上的谐波, 可获得一系列脉宽为32as左右的阿秒X射线光源. 并且这些光源的强度比氦离子基态作为初始态时增强了4-6个数量级.     

利用三束中红外空间非均匀激光场产生超长平台区

数值研究了氦离子在三束中红外激光场下发射高次谐波以及阿秒脉冲的特点. 计算结果表明, 通过适当调节三束激光场的延迟时间和相位角, 不仅谐波发射的截止能量得到了延伸, 而且单一的量子路径也被选择出来对谐波发射起作用, 随后通过适当的引入空间非均匀参数,谐波截止能量得到了进一步扩展,形成了一个超长的1773eV的平台区. 并且我们发现当选择氦离子的基态和第一激发态为叠加初始态时,谐波的强度被增强了4-6个数量级. 最后, 通过叠加谐波谱上的谐波, 可获得一系列脉宽为32as左右的阿秒X射线光源. 并且这些光源的强度比氦离子基态作为初始态时增强了4-6个数量级.     

Harmonic emission spectra and attosecond pulse generation from helium atom driven by the mid-infrared nonhomogeneous field

The generations of the high-order harmonics and the attosecond pulses from helium atom driven by the mid-infrared symmetric and asymmetric nonhomogeneous field have been theoretically investigated. It is found that (i) due to the surface plasmon polaritons in the metallic nanostructure, the extensions of the harmonics from the positive and the negative laser amplitudes, or only from the positive laser amplitude can be found for the cases of symmetric and asymmetric nonhomogeneous fields, respectively. (ii) The wavelength scalings of the harmonic cutoff and the harmonic yield show that the harmonic cutoff and the harmonic yield can be extended and decreased with the increase in laser wavelength, respectively. However, due to the limit of the gap size of the nanostructure, the threshold value of the harmonic cutoff can be achieved for a given gap size of the nanostructure. (iii) By adding a weak terahertz field to the mid-infrared fundamental field with the asymmetric nonhomogeneous effect, the intensity of the harmonic plateau can be enhanced by one order of magnitude, showing a 1280?eV supercontinuum with the single quantum trajectory contribution. Finally, by properly superposing the harmonics, some attosecond X-ray pulses shorter than 35 as can be produced.     

Theoretical exploration of asymmetric molecular harmonic emission and attosecond pulse generation in the presence of spatially inhomogeneous plasmon-enhanced field

Asymmetric molecular harmonic generation from HeH²⁺ ion in the presence of the spatially inhomogeneous plasmon-enhanced field has been theoretically investigated by solving the two-dimensional non-Born–Oppenheimer time-dependent Schrödinger equation (both the electron and nuclear motions are considered only along the laser polarisation axis). It shows that (1) for the normal homogeneous field, the harmonic cut-off from the asymmetric molecule is beyond the classical harmonic cut-off energy from the atom (I_p + 3.17 U_p). Further analyses show that the multi-channels ionisation–recombination process is responsible for the harmonic extension. (2) For the spatially inhomogeneous plasmon-enhanced field, the harmonic cut-off can be further enhanced, and an optimal 3.0 dB enhanced field with a 482 eV supercontinuum has been obtained. Quantum time-frequency harmonic analyses have been shown to explain the harmonic characteristics and the harmonic extension process. (3) Initial vibrational state and isotopic effects show that intense harmonics can be generated from higher initial vibrational state and the heavier molecule. Finally, by properly superposing the harmonics, a series of sub-30 as attosecond pulses can be obtained.     

空间非均匀啁啾双色场驱动下氦离子的高次谐波以及孤立阿秒脉冲的产生

本文理论上研究了初态为基态与第一激发态等权叠加的一维氦离子在空间非均匀啁啾双色场驱动下氦离子的高次谐波发射及孤立阿秒脉冲的产生. 研究表明, 一维氦离子在空间非均匀啁啾双色场驱动下发射的高次谐波相对于均匀场情况截止位置得到明显扩展, 得到了光滑的超连续谱,并应用半经典三步模型解释了高次谐波发射的物理机理. 通过小波变换的方法对连续谱进行了时频分析, 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中长量子轨道消失, 短量子轨道加强. 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, 本方案中时间延迟为t₀=1.6πup/ω₁时得到了最大延展, 通过对谐波中600次到680次(80次)谐波合成得到32 as的孤立脉冲.     

叠加态下3色场波形优化增大谐波辐射截止能量及强度

在He~+离子1s态和2s态的叠加态作为初始态时,提出一种优化3束激光场来增大谐波截止能量和强度的方法.结果表明:在叠加初始态下,谐波强度要比基态初始态下增强3个数量级以上.随后,在3色场波形优化下,谐波截止能量又得到增大,进而获得一个高强度、高光子能量的谐波光谱连续区.通过叠加光谱连续区上最后100次的谐波可以获得一个27 as的孤立阿秒脉冲.     

非均匀激光场中氢分子离子高次谐波的增强

通过数值求解非波恩-奥本海默近似下的一维含时薛定谔方程,研究了蝴蝶结型纳米结构基元中氢分子离子高次谐波的产生.研究表明,在蝴蝶结型纳米结构基元内部产生的非均匀场的空间位置对高次谐波的发射有较大影响.当非均匀场的空间位置从30 a.u.平移到-30 a.u.时,高次谐波的截止位置被延展且形成光滑的超连续的谐波谱,并应用时频分析方法、经典三步模型以及电离概率等解释了高次谐波发射的物理机理.研究了高次谐波谱对非均匀场空间位置的依赖性与载波包络值的关系,发现随着载波包络值的变化,非均匀场在不同空间位置处的高次谐波谱变化趋势相同.     

利用超短的紫外光源来增强阿秒脉冲的强度

本文理论提出了一种利用超短紫外光源来增强阿秒脉冲强度的方法. 计算结果表明, 当适当的加入一束62nm或者125nm超短紫外光源到双色激光场时, 不仅高次谐波的截止能量被延伸了, 而且谐波的强度也比原双色场时有明显的增强. 尤其是当采用125nm光源时,谐波的强度被增强了2个数量级,并且形成了一个232eV的超长平台区. 最后通过叠加谐波次数从113次到170次可获得脉宽仅为43as的孤立阿秒脉冲, 其强度比原双色场情况下产生的阿秒脉冲增强了2个数量级.