用变换方程测量窄带阿秒超紫外线XUV脉冲的强度时间结构

阿秒超紫外线(extreme ultra-violet, XUV)与飞秒超短激光脉冲共同激发惰性气体原子产生光电子，其终态能量与光电子产生时刻即激光相位有关. 介绍光电子的激光相位确定法，并利用光电子能谱本身(其比例谱)，计算出待测窄带XUV脉冲的强度时间结构. 研究表明，在与激光线性极化方向成0°或180°方向测量得到的光电子能谱动态范围大，容易解谱. XUV脉冲的时间宽度的测量范围为半个激光振荡周期，时间分辨率主要取决于测量系统的时间晃动和控制精度. 关键词： 光电子能谱 相位确定法 变换方程 脉冲强度时间结构     

利用超短脉冲激光和光电子能量微分谱直接测量窄带飞秒超紫外线XUV脉冲的时间结构

介绍用亚皮秒超短激光脉冲直接测量窄带飞秒真空超紫外线(XUV)脉冲时间结构的方法. 可以由XUV激发惰性气体产生、并在与超短脉冲激光的线性极化方向成0°或90°的方向上测量 得到的光电子能量微分谱重建这种时间结构. 谱仪的能量分辨率和所选取的能量间隔大小是 测量及计算的两个重要参数. 上述方法有很宽的时间测量范围和很高的分辨率，可以用于飞 秒计量学和与原子运动有关的超快速动力学过程的研究. 关键词： 超快速测量 超短脉冲激光 超紫外线(XUV)时间结构 光电子能量微分谱     

极紫外阿秒脉冲在高次谐波产生过程中引起的非偶极效应

当红外强激光和极紫外(XUV)阿秒脉冲共同作用于原子分子时，电离出去的电子通常会吸收和辐射激光光子而发生能量扩展.讨论了由于XUV阿秒脉冲的短波长与扩展后的电子波包尺度可相比拟时在高次谐波产生过程中引起的非偶极效应.采用H⁺₂作为模型分子，并把分子轴置于激光场的传播方向，通过解二维含时薛定谔方程并比较考虑非偶极效应和采用偶极近似两种方法计算得到的结果，两者相比，前者的谐波强度降低，谐波频率向低级次稍有移动，电子能谱的能带内出现了更多的光电子峰.在相同的光电子能量处，两种方法计算得到的信号强度相差2—5倍.并且这种非偶极效应随着红外基频光光强的增大而增强，随阿秒脉冲波长的增大而减弱. 关键词： 非偶极效应 光场空间不均匀性 阿秒脉冲 高次谐波产生     

氢原子在红外激光和极紫外脉冲组合场中的阈上电离

通过求解氢原子在强红外(IR)激光和极紫外（XUV）脉冲组合场中的三维含时薛定谔方程(TDSE),理论研究了XUV脉冲的加入对光电子能谱和二维光电子动量分布的影响.计算结果表明,与仅由红外场驱动的情况相比,组合场驱动下的光电子能谱和二维光电子动量分布中呈现出明显的干涉增强结构,干涉结构对XUV脉冲的强度、光子能量和时间延迟都有很强的依赖,该方案可实现高能阈上电离谱的选择性增强.     

激光脉冲绝对相位对产生阿秒脉冲的影响

在用超短激光脉冲产生和测量阿秒脉冲的过程中，绝对相位成为一个非常重要的影响因素。讨论了绝对相位对阿秒脉冲的产生和激光振荡的关系的影响，发现高次谐波的产生过程非常稳定，阿秒脉冲和驱动它的激光振荡之间的稳定的相位关系并不会受绝对相位的随机性的破坏，从而为采用交叉相关技术直接测量由强场原子高次谐波过程产生的阿秒脉冲宽度提供了理论依据，正确解释了文献[13]上报道的实验结果。     

双色场控制与测量原子分子超快电子动力学过程的研究进展

超短超快激光脉冲的出现为人们探索原子分子中超快电子动力学过程提供了强有力的工具.阿秒脉冲和强激光脉冲电场整形技术能够获得电子波包在亚飞秒时间尺度的动力学信息,发展出了一系列阿秒超快光谱学技术,如阿秒条纹相机、阿秒瞬态吸收谱等,成功地应用于原子、分子和固体中电子运动的探测.其中双色激光场就是通过电场整形技术实现电子相干运动控制和探测的一种重要手段,本文综述了中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室近几年来在双色场控制与测量原子分子超快过程方面的研究工作.     

原子激发态在高频强激光作用下的光电离研究

本文通过数值求解动量空间的三维含时薛定谔方程, 研究了原子高激发态在高频激光脉冲作用下, 在电离阈值附近的光电子能谱和两维动量角分布. 研究结果表明: 在该能量范围内, 单光子电离过程的贡献是最主要的. 体系初态的主量子数可以由光电子能谱峰值的位置来确定; 体系初态的角量子数可以通过光电子的两维动量角度分布确定. 在比较宽泛的参数范围内, 这一规律不随入射激光的强度和脉冲时间宽度的改变而改变, 因此原则上可以利用它对原子的初态进行识别. 此外, 还研究了体系的初态为相干叠加态, 光电子动量谱随着叠加态相对相位的变化规律. 关键词： 阈上电离 激发态 高频激光脉冲 两维动量角度分布     

强激光与固体靶作用产生的表面电子加速和辐射研究

利用单电子在固体靶表面准静态电磁场中运动的模型和非线性汤姆孙散射理论,研究了以大角度斜入射的强激光照射在固体靶表面产生的沿靶面方向发射的高能超热电子的运动及其产生的电磁辐射脉冲. 数值模拟表明,靶表面的电子在靶面附近的准静态电磁场和反射的激光场中作振荡. 当电子振荡频率接近激光频率时,电子被有效加速,被加速的电子主要沿靶面方向运动并产生向前的阿秒脉冲辐射. 讨论了电子在加速前的不同初始速度分布对辐射脉冲的时间和空间特性的影响,模拟了不同初始状态的多电子相干辐射脉冲的频谱特性. 关键词： 表面准静态电磁场 超热电子 阿秒脉冲 相干辐射     

利用正交偏振双色场产生孤立阿秒脉冲

利用强场近似理论开展了正交偏振双色场与氦原子相互作用产生高次谐波和阿秒脉冲的理论研究。正交偏振双色场由少周期的4 fs钛宝石驱动脉冲激光和与它偏振方向垂直的8 fs倍频控制脉冲构成。研究发现,通过合理选择两束脉冲之间的相对相位,能够控制高次谐波发射过程中长、短电子轨道的选择。当相对相位调整为1.2π时,平台谐波主要来自短轨道电子的贡献,由于其运动时间短、波包扩散少,且没有与长轨道电子谐波产生干涉,沿驱动脉冲电场方向的高次谐波谱具有较高强度和较小调制幅度的超连续平台区,通过对第120次到第180次超连续谐波进行傅里叶变换,可产生脉宽为54 as的高强度孤立阿秒脉冲。所提方案对组合脉冲相对相位的选取要求并不严苛,在0.3π的变化范围内皆可获得脉宽较短的孤立阿秒脉冲,同时控制脉冲电场强度的变化对上述数值模拟结果的影响也很小。     

三色圆偏振激光组合脉冲驱动氦原子产生椭圆偏振的阿秒脉冲

我们提出利用频率为ω,3ω和强度较弱的2ω组成的三色圆偏振激光组合脉冲驱动氦原子能够得到椭偏率较大的阿秒脉冲链的一种方法 .通过强场近似方法,计算了氦原子在两色和三色圆偏振激光组合脉冲驱动下发射高次谐波谱及其合成阿秒脉冲链,比较了氦原子(初态为s态)在这两种情况下发射高次谐波谱的特点及其合成阿秒脉冲链椭偏率的大小,结果发现,在反旋的两色ω,3ω激光脉冲基础上加入了频率为2ω的第三色激光脉冲联合作用到氦原子上,所得到的阿秒脉冲链的椭偏率相对于双圆场情况下有所增加,通过调整ω,3ω激光的强度比,并且选择适当的第三色激光的强度,对初态为s态的原子,仍能够得到具有较大椭偏率的阿秒脉冲链.     

Characterization of attosecond XUV pulses from photoelectron spectra of atoms

A method to characterize attosecond extreme ultra violet (XUV) pulses from photoelectron spectra of atoms is presented. A pump pulse prepares a coherent superposition of two atomic bound states, from which photoionization takes place after variable time delays by the attosecond XUV pulse. Information on the spectral phase of the attosecond XUV pulse is extracted from the analysis of photoelectron spectra as a function of photoelectron energy and time delay. Together with information on the spectral intensity obtained from a separate optical measurement, a temporal shape of the attosecond XUV pulse can be precisely reconstructed. After the theoretical formulation of the problem, we present numerical examples for H atom and show that, depending on the choice of energy separation of two bound states, a different accuracy is reached to characterize attosecond XUV pulses.     

Direct XUV probing of attosecond electron recollision

We demonstrate that the recolliding electron wave packet, fundamental to many strong field phenomena, can be directly imaged with sub-A spatial and attosecond temporal resolution using attosecond extreme ultraviolet (XUV) pulses. When the recolliding electron revisits the parent ion, it can absorb an XUV photon yielding high energy electron and thereby providing a measurement of the electron energy at the moment of recollision. The full temporal evolution of the recollision wave packet can be reconstructed by measuring the photoelectron spectra for different time delays between the driving laser and the attosecond XUV probe. The strength of the photoelectron signal can be used to characterize the spatial distribution of the electron density in the longitudinal direction. Elliptical polarization can be used to characterize the electron probability in transversal direction.     

Manifestation of attosecond XUV fields temporal structures in attosecond streaking spectrogram

The features of an attosecond extreme ultraviolet (XUV) field are encoded in the attosecond XUV spectrogram. We investigate the effect of the temporal structures of attosecond XUV fields on the attosecond streaking spectrogram. Factors such as the number of attosecond XUV pulses and the temporal chirp of attosecond XUV pulses are considered. Results indicate that unlike the attosecond streaking spectrogram for an attosecond XUV field with two pulses of a half-cycle separation of streaking field, the spectrogram for the attosecond XUV field with three pulses demonstrates fine spectral fringes in separated traces.     

高次谐波产生阿秒极紫外和X光脉冲研究新进展

 近年来在可见光谱范围内已经把激光脉冲压缩到接近一个光学周期(2～3 fs)的物理极限,几fs的时间分辨精度可以描述分子化学反应过程,但是要探测远小于可见光周期的电子跃迁过程则需要阿秒(as)量级的光脉冲。利用脉冲间具有相同载波包络相位的阿秒脉冲序列能把可见光波段的光学频率梳向极紫外波段扩展;利用电子和离子碰撞复合过程短于一个光周期这个时间窗,通过测量激光场椭圆极化率对电子轨迹的微扰实现了as精度的分辨率;通过测量碰撞复合过程中的高能电子的辐射谱可以重构阿秒X光脉冲以及探测强场下束缚态和连续态电子动力学。     

Attosecond laser station

The attosecond laser station(ALS) at the Synergetic Extreme Condition User Facility(SECUF) is a sophisticated and user-friendly platform for the investigation of the electron dynamics in atoms, molecules, and condensed matter on timescales ranging from tens of femtoseconds to tens of attoseconds. Short and tunable coherent extreme-ultraviolet(XUV)light sources based on high-order harmonic generation in atomic gases are being developed to drive a variety of endstations for inspecting and controlling ultrafast electron dynamics in real time. The combination of such light sources and end-stations offers a route to investigate fundamental physical processes in atoms, molecules, and condensed matter. The ALS consists of four beamlines, each containing a light source designed specifically for application experiments that will be performed in its own end-station. The first beamline will produce broadband XUV light for attosecond photoelectron spectroscopy and attosecond transient absorption spectroscopy. It is also capable of performing attosecond streaking to characterize isolated attosecond pulses and will allow studies on the electron dynamics in atoms, moleculars, and condensed matter. The second XUV beamline will produce narrowband femtosecond XUV pulses for time-resolved and angle-resolved photoelectron spectroscopy, to study the electronic dynamics on the timescale of fundamental correlations and interactions in solids, especially in superconductors and topological insulators. The third beamline will produce broadband XUV pulses for attosecond coincidence spectroscopy in a cold-target recoil-ion momentum spectrometer, to study the ultrafast dynamics and reactions in atomic and molecular systems. The last beamline produces broadband attosecond XUV pulses designed for time-resolved photoemission electron microscopy, to study the ultrafast dynamics of plasmons in nanostructures and the surfaces of solid materials with high temporal and spatial resolutions simultaneously. The main object of the ALS is to provide domestic and international scientists with unique tools to study fundamental processes in physics, chemistry,biology, and material sciences with ultrafast temporal resolutions on the atomic scale.     

Controlling the spacing of attosecond pulse trains from relativistic surface plasmas

When a laser pulse hits a solid surface with relativistic intensities, XUV attosecond pulses are generated in the reflected light. We present an experimental and theoretical study of the temporal properties of attosecond pulse trains in this regime. The recorded harmonic spectra show distinct fine structures which can be explained by a varying temporal pulse spacing that can be controlled by the laser contrast. The pulse spacing is directly related to the cycle-averaged motion of the reflecting surface. Thus the harmonic spectrum contains information on the relativistic plasma dynamics.     

红外激光场中共振结构原子对极紫外光脉冲的压缩效应

通过数值求解一维原子的含时薛定谔方程, 研究了具有共振结构的原子在双色场(红外激光(IR)+极紫外光(XUV)) 驱动下发射高次谐波的特征. 研究结果表明, 具有共振结构的原子所发射的高次谐波与无共振结构原子(简称为一般原子)发射的高次谐波有明显不同, 共振结构的原子除了在某一能量附近(原子的共振能量+电离能)高次谐波的强度有很大提高外, 它还对XUV光的响应较一般原子表现得更为敏感, 即使XUV光的强度较弱, 也能够明显提高XUV光脉冲中心频率附近的谐波强度, 更重要的是通过调节双色场的时间延迟, 能使输入的XUV光的脉宽得到明显的压缩, 通过时间-频率分析给出了发生这种现象的原因. 由此提出了通过滤波-连续反馈的方式可使XUV光的脉冲从200 as压缩至120 as左右.