级联三能级模型下超短脉冲激光与分子相互作用的动力学研究

通过求解麦克斯韦-布洛赫方程，研究了超短脉冲激光和一维对称π共轭分子材料(4,4′-二甲氨基二苯乙烯分子)的相互作用.该分子材料具有较强的非线性光学性质，其分子的电子结构和电偶极矩是在密度泛函理论水平上利用从头计算方法得到的.研究结果表明，慢变幅近似和旋波近似不能很好地描述超短脉冲在该分子介质中的传播.在单光子共振情况下，保持入射脉冲的脉冲宽度不变，当小面积脉冲在该分子介质中传播时，二能级模型可以较好地描述脉冲激光与该分子体系的相互作用过程.但对于大面积脉冲激光，由于较明显地产生了分子的二次激发，此时分子 关键词： 超短脉冲激光 4′-二甲氨基二苯乙烯分子 三能级模型 麦克斯韦-布洛赫方程     

级联动力学退耦合与无消相干子空间实现量子计算

量子计算与量子信息过程中一个最主要的障碍量子消相干问题.克服量子消相干的策略,一般可以分为两大类方式:量子编码和动力学控制.近年来,无消相干子空间的量子编码以其能够有效的避免消相干过程得到了人们的广泛关注,在理论和实验上都取得了较大的进展.另外,利用强快脉冲实现量子系统与环境的动力学退耦合也可以有效的压缩消相干过程,动力学退耦合的噪声控制形式也得到了广泛研究.本文利用强快脉冲实现量子比特与环境的部分退耦合,然后用两个量子比特编码到无消相干子空间,从而可以克服系统与环境的一般耦合带来的消相干.另外,我们考虑了量子比特之间的相互作用,两个量子比特的耦合会导致量子信息在量子比特之间的非控制流动,使量子计算失败.我们利用对两个量子比特实行非同步的脉冲控制,使编码的量子态在比特间固有相互作用影响下保持稳定.我们给出了一维比特串结构的量子计算机模型,每个计算单元内包括三个逻辑比特,每个逻辑比特采用不同的脉冲控制保护量子比特态的稳定.通过调节控制脉冲,有顺序的"打开"不同的相互作用,可以得到普适的逻辑门组,从而实现了可扩展、容错的普适量子计算机.     

数值模拟飞秒激光加热金属的热电子发射

研究了超短超强激光脉冲与薄膜靶相互作用中产生的电子热发射.当超短激光脉冲与薄膜靶相互作用时,首先入射超短脉冲激光对吸收深度内的自由电子进行热激发,接下来热激发电子将能量传递到附近的晶格,再通过电子和晶格二体系的热传导,以及电子晶格间的热耦合,将能量传递到材料的内部.因此,电子在皮秒级甚至更短的时间内不能与晶格进行能量耦合,使电子温度超出晶格温度很多,电子热发射就变得非常明显了.用双温方程联合Richardson-Dushman方程的方法对飞秒脉冲激光照射金属靶的电子热发射进行了研究,结果发现电子热发射对飞     

啁啾超短激光脉冲对二能级体系特性的调控

研究了啁啾超短激光脉冲与二能级体系近共振作用下的特性.采用光与物质相互作用的半经典理论,建立了含啁啾相位项的修正光学Bloch方程,并用高准确度、快速和可靠的四阶龙格-库塔法数值求解了该方程.通过数值计算,得到啁啾符号和啁啾量与Bloch矢量的关系,以及共振失谐量符号和啁啾符号对Bloch矢量性质影响的规律.结果表明,啁啾的符号和大小对Bloch矢量的瞬态相干过程和稳态特性都会产生明显的调制作用,由此可以通过调节激光脉冲的啁啾特性来实现对二能级体系性质的调控.     

不对称双量子阱中电子布居转移的相干控制研究

采用龙格-库塔算法对激光与半导体双量子阱系统相互作用的密度矩阵方程进行数值求解,研究了不对称半导体双量子阱系统中电子布居转移的相干控制。研究表明,调节激光场强和脉冲时间延迟可控制两个下能级间的粒子数转移;利用激光场相对相位可精确地控制布居转移几率。这些结果在相干叠加态制备、量子纠缠和量子信息处理等领域具有潜在的应用价值。     

啁啾超短激光脉冲对二能级体系特性的调控

 研究了啁啾超短激光脉冲与二能级体系近共振作用下的特性.采用光与物质相互作用的半经典理论,建立了含啁啾相位项的修正光学Bloch方程,并用高准确度、快速和可靠的四阶龙格-库塔法数值求解了该方程.通过数值计算,得到啁啾符号和啁啾量与Bloch矢量的关系,以及共振失谐量符号和啁啾符号对Bloch矢量性质影响的规律.结果表明,啁啾的符号和大小对Bloch矢量的瞬态相干过程和稳态特性都会产生明显的调制作用,由此可以通过调节激光脉冲的啁啾特性来实现对二能级体系性质的调控.     

稀土粉末Eu∶Y_2O_3的自由感应衰减量子拍

稀土固体是重要的激光和光电子材料。目前 ,由于以宽带信号和太赫兹比特数据传输率为特征的信息技术的发展 ,稀土固体材料的相干瞬态动力学过程成为宽带与高速信息光子学的基本物理问题之一。研究了室温下稀土粉末样品Eu3+ ∶Y2 O3自由感应衰减的相干瞬态光谱 ,这有助于理解有效的光吸收动力学、激发态弛豫、相干能量传递和超短光脉冲在稀土固体中的传播。用一对紫外飞秒相干光脉冲作用于稀土粉末样品Eu3+ ∶Y2 O3,然后监测物质激发态的布居数随两个激发脉冲之间的延时的变化 ,测量到其自由感应衰减量子拍 (FID) ,从拍频周期分析确定了其能级精细结构 ,能级的退相时间长达皮秒量级。理论分析和实验结果符合得很好。对稀土离子的量子干涉的研究 ,表明其在受激受控光放大方面具有潜在的应用前景     

基于主动锁相的二维电子光谱方法

二维电子光谱是探测复杂系统激发态相干动力学的重要工具,实现二维电子光谱测试的最大挑战是精确控制多束超短脉冲之间的相位差. 本综述回顾了利用主动相位管理方法实现二维电子光谱仪装置,主要包括干涉仪相位稳定、声光调制器进行频率标记和多光频梳等三类方法;结合四波混频、泵浦探测及完全共线等不同构型,能实现高时空分辨及量子跃迁通道选择的二维光谱检测. 超短脉冲技术与主动相位调控的结合实现二维电子光谱学方法,为研究激发态相干动力学提供新的机遇.     

双激子和浸润层泄漏以及俄歇俘获对量子点Rabi振荡衰减的影响

研究了脉冲激光激发下半导体量子点激子Rabi振荡中多能级过程引起的退相干特性.运用多能级粒子数运动方程组，分别计算和分析了三种多能级过程(双激子、浸润层泄漏以及俄歇俘获过程)对量子点中Rabi振荡衰减的影响.分析表明，双激子的影响在激发脉冲的脉宽较长时(>5ps)可以忽略；浸润层的泄漏虽然使得激子基态上粒子数振荡的振幅随着激发场的增强而减小，但是同时也导致了振荡平均值的减小；分析和讨论了两种俄歇俘获方式对激子振荡和复合发光的影响. 关键词： Rabi振荡 半导体量子点 退相干 俄歇俘获     

碳化硅缺陷有望成为器件友好的量子比特——广泛使用的商品级半导体晶片可在室温下进行相干操控

任何量子计算方案的中心元素都是量子比特，这是一种类似于自旋为1／2的电子的双态体系．在计算过程中，量子比特的状态经历着各种变化；计算一旦完成，需要确定量子比特是“朝上”还是“向下”的．不幸的是，量子比特也要与环境相互作用，这会使其量子态遭受破坏，或者退相干．任何有用的量子比特，在进行一系列有价值的量子操作时，都必须抵抗退相干．     

Ultra-short pulse propagation in 3D GaAs photonic crystals

We have investigated ultra-short pulse propagation through 3D GaAs photonic crystals with a complete photonic band gap in the optical wavelength region. The pulse propagation was calculated by using the finite-differential time-domain (FDTD) method. This is the first time pulse shape measurements have been made using femtosecond pulses. From the experimental results, the shapes of the ultra-short pulses were found to change when the frequency was above the photonic band-gap after the propagation through the photonic crystal, corresponding to the simulation results.     

The influence of ultra-fast temporal energy regulation on the morphology of Si surfaces through femtosecond double pulse laser irradiation

The effect of ultra-short laser-induced morphological changes upon irradiation of silicon with double pulse sequences is investigated under conditions that lead to mass removal. The temporal delay between 12 double and equal-energy pulses (E _p=0.24 J/cm² each, with pulse duration t _p=430 fs, 800 nm laser wavelength) was varied between 0 and 14 ps and a decrease of the damaged area, crater depth size and periodicity of the induced subwavelength ripples (by 3–4 %) was observed with increasing pulse delay. The proposed underlying mechanism is based on the combination of carrier excitation and energy thermalization and capillary wave solidification and aims to provide an alternative explanation of the control of ripple periodicity by temporal pulse tailoring. This work demonstrates the potential of pulse shaping technology to improve ultra-fast laser-assisted micro/nanoprocessing.     

激光与固体靶相互作用中低密度预等离子体对高能电子产生的影响

 对线极化、圆极化的超短超强激光脉冲与靶前有一段低密度预等离子体的固体靶的相互作用进行了理论和粒子模拟研究。激光通过有质动力加速机制加速预等离子体中的电子，研究了电子获得的最大能量随激光强度和预等离子体密度的变化。当激光脉冲与靶直接作用时，靶中的电子由于J×B机制而得到加速，所获得的能量比预等离子体中电子低。研究表明，在超短超强激光脉冲与固体靶相互作用中，预等离子体的存在有利于高能电子的产生。     

载波相位对超短脉冲谐波谱的影响

数值计算了线偏振的超短激光脉冲(脉冲持续时间为两个光学周期)与一维模型原子相互作用产生的高次谐波发射功率谱. 研究表明,当载波相位发生变化时,超短脉冲谐波谱的截止频率也随之改变,而且在特定相位下,谐波谱出现了明显的双平台结构. 对此,采用半经典的“三步”模型给出了合理解释,并利用小波时频分析方法证实“三步”模型可以准确预言超短脉冲谐波谱的截止频率. 关键词： 高次谐波 超短脉冲 载波相位     

Femtosecond X-ray generation through relativistic electron beam–laser interaction

Methods for generating ultra-short X-rays using the interaction of intense laser pulses with relativistic electron beams, and their application to measuring ultra-fast phenomena in solid state materials, are reviewed. Two different methods that use a long electron bunch and short laser pulse are discussed: Thomson scattering and optical slicing which have been implemented on linac and storage ring beams, respectively. The possibility of generating ultrashort electrons bunches from laser-plasma injectors is discussed.     

高阶效应对超短艾里-高斯脉冲相互作用的影响

本文运用分步傅里叶变换,对满足高阶耦合非线性薛定谔方程的超短艾里脉冲与超短高斯脉冲,利用MATLAB数值模拟了在高阶效应下两脉冲相互作用后的演化过程以及时域上的强度变化。结果表明：负三阶色散效应使超短脉冲相互作用能传输更远距离;正三阶色散效应会减慢超短脉冲相互作用的传输。自陡峭效应通过孤子分裂现象的形式使超短脉冲相互作用产生时域位移,内拉曼效应可以将超短脉冲相互作用的能量由前沿处转移到后沿处。