激光驱动晶体发射高次谐波的特性研究

通过数值模拟激光驱动下电子在周期性势阱中的动力学行为, 研究了晶体在激光场中发射高次谐波的特性. 研究发现在一定的激光波长和光强驱动下, 晶体发射的谐波谱会呈现出双平台结构, 经分析后得知第一个平台主要来自于最低导带与价带间的电流(电子-空穴对复合), 第二个平台主要来源于较高导带与价带间的电流(电子-空穴对复合), 且两个平台的截止位置处的能量都与激光场的振幅呈线性关系. 在少周期激光驱动下, 晶体谐波第二平台的截止位置与激光的载波相位呈单调变化, 由此我们提出可以利用晶体谐波第二平台的截止位置来确定少周期激光的载波相位. 进一步研究发现, 在啁啾激光驱动下, 晶体发射谐波谱的第二平台有较大变化, 第二平台的发射效率会随啁啾参数而改变, 能够通过改变啁啾激光场来提高晶体谐波第二平台的发射效率.     

激光驱动晶体发射低阶谐波强度随激光波长的变化规律

通过数值求解激光驱动下电子在一维周期势场中运动的薛定谔方程,研究了晶体在激光场中发射的低阶谐波强度随激光波长的变化规律,结果表明,晶体发射低阶谐波强度随激光波长的变化规律与晶体发射高次谐波第一平台区域的变化规律不同.已有的研究表明晶体发射高次谐波第一平台区域的强度会随激光波长的增加而衰减,而我们发现晶体发射低阶谐波的强度会随激光波长的增加而增加.通过对晶体发射低阶谐波的时频分析、晶体价带能量变化与激光光子能量的关系,解释了晶体发射低阶谐波强度随激光波长增加而增加的原因.     

正交偏振双色激光场作用下生成的孤立阿秒脉冲

我们理论研究了正交偏振双色激光场作用下的高次谐波发射和孤立阿秒脉冲的产生.当y方向加一束中红外激光脉冲(12.5 fs/2000 nm),x方向加一束强度较弱的激光脉冲(12 fs/800 nm)时,我们得到从250 eV到350 eV的超连续谐波平台,在平台范围内叠加50 eV的谐波,可以得到一个脉宽约为97as的孤立阿秒脉冲. 通过时频分析,我们解释了高次谐波发射的物理机制.     

原子在红外激光场中产生高次谐波及阿秒脉冲随波长的变化规律

利用强场近似理论,研究了在长波红外激光场(波长800—2000 nm)驱动下氢原子产生的高次谐波,分析了在截止位置附近高次谐波的转换效率随激光波长的变化规律.发现在截止位置附近原子发射高次谐波的转换效率比平台区域的转换效率低,但获得的阿秒脉冲的宽度会随波长的增大而缩短. 关键词： 强场近似 高次谐波 阿秒脉冲     

氦原子在啁啾激光与中红外组合场中产生的单个阿秒脉冲

通过Crank Nicolson方法数值求解一维氦原子的含时Schrdinger方程,研究了啁啾激光与中红外激光形成组合场驱动氦原子发射高次谐波的特点.研究结果表明,在组合场驱动下,高次谐波平台区能得到很大的扩展,其截至位置得到大幅度扩展,对平台区不同阶次范围的高次谐波进行叠加均能得到单个的阿秒脉冲,最短可实现46 as的单个脉冲输出,经分析发现,中红外场的加入,不仅使高次谐波的平台得到扩展,而且提高了平台区前端的谐波强度.通过经典计算和对电离几率特点的讨论,解释了发生这种现象的原因.     

双色反向旋转圆偏振激光场下氩原子高次谐波的产生

通过二阶分裂算符法数值求解了二维含时薛定谔方程,研究了双色反向旋转圆偏振激光场作用下氩原子的高次谐波的产生.研究表明,双色反向旋转圆偏振激光场的幅值比对高次谐波发射的效率有较大影响,当幅值比为1.4时高次谐波的发射效率最高,并应用时频分析方法、经典三步模型以及利萨茹图形等解释了高次谐波发射的物理机制.研究了不同幅值比情况下谐波场的旋转偏振特性,发现对不同频段的谐波谱的电场进行叠加,谐波场的偏振特性随幅值比的不同而发生变化,但谐波场的旋向性与入射激光脉冲的旋向性相同,不受幅值比变化的影响.     

双色激光场作用下水的高次谐波光谱移动

通过求解长度规范下的半导体布洛赫方程,分析了液态水在双色场驱动下发射高次谐波光谱的特征。研究表明,通过调节双色场中基频和倍频脉冲的相对相位,高次谐波光谱呈现出周期性调制的特征。在一个调制周期内,奇次谐波会随着相对相位的增加发生红移,而产率先增大后减小。时域分析结果表明,光谱移动源于正负半周期之间发射高次谐波频谱的干涉效应。     

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.     

利用两束同色激光场和半周期脉冲驱动原子产生单个阿秒脉冲

利用分裂算符方法数值求解一维氦原子的含时薛定谔方程,研究了氦原子在两束同色激光场与半周期脉冲(Hcps)形成的组合场驱动下所发射高次谐波的特点.研究结果表明,氦原子在这种组合场驱动下,高次谐波谱的平台区域能得到很大的扩展,其截止位置可延伸到I_P+9.6U_P,通过构造截止位置附近的高次谐波谱能够得到脉宽为63 as的单个阿秒脉冲.经过分析后发现,半周期脉冲的加入不仅使高次谐波谱平台能够得到扩展,同时还抑制了电子长路径对高次谐波的贡献. 关键词： 两束同色激光场 半周期脉冲 高次谐波 阿秒脉冲     

极化门控制下中红外激光场驱动He原子产生的单个阿秒脉冲

由中红外激光场（波长为2128nm）驱动He原子,在极化门的控制下,通过强场近似方法(SFA)研究了He原子发射高次谐波的特点.研究表明,在这种组合场驱动下He原子可产生截止位置很高的高次谐波,并且在接近截止位置的平台区展现了超连续的特点,对该超连续部分的高次谐波进行叠加,可得到宽度为44.5as的单个超短脉冲．为了了解该超短阿秒脉冲的产生机理,我们对高次谐波谱的发射过程进行了时频分析,分析表明由于极化门的存在,有效地抑制了极化门以外的阿秒脉冲的发射,从而获得单个阿秒脉冲．     

Extending the High-Order Harmonics Plateau and Isolated Attosecond Pulse Generation in an Intense Three-Color Laser Field

We propose a method to extend the high-order harmonics plateau and generate an isolated sub-10-as pulse by adding a weak control pulse (10 fs, 1600 nm) to modify a two-color laser field (5 fs, 800 nm; 10 fs, 400 nm). The numerical results show that the plateau is extended obviously in the three-color laser field regime. Additionally, the ionization rate and classical returning kinetic-energy maps are calculated to better understand the physical origin of the high-order harmonics generation (HHG). By means of the ionization probability and the time-frequency distributions, more features of the HHG are revealed. Furthermore, our simulations show that the width of the plateau and the relative conversion efficiency of the harmonic spectra are highly dependent on the relative phase. Finally, by adjusting the relative phase and superposing a properly selected range of the HHG spectrum, an isolated attosecond pulse with a duration of 7 as is obtained.     

Generation of an isolated sub-30 attosecond pulse in a two-color laser field and a static electric field

We theoretically investigate high-order harmonic generation(HHG) from a helium ion model in a two-color laser field,which is synthesized by a fundamental pulse and its second harmonic pulse.It is shown that a supercontinuum spectrum can be generated in the two-color field.However,the spectral intensity is very low,limiting the application of the generated attosecond(as) pulse.By adding a static electric field to the synthesized two-color field,not only is the ionization yield of electrons contributing to the harmonic emission remarkably increased,but also the quantum paths of the HHG can be significantly modulated.As a result,the extension and enhancement of the supercontinuum spectrum are achieved,producing an intense isolated 26-as pulse with a bandwidth of about 170.5 eV.In particular,we also analyse the influence of the laser parameters on the ultrabroad supercontinuum spectrum and isolated sub-30-as pulse generation.     

双色激光场中高次谐波转化效率的提高

采用渐近边界条件和辛算法数值求解双色激光场与模型P?schl-Teller势相互作用的含时Schr?dinger方程，计算了电离概率、平均位移、高次谐波以及跃迁概率；数值结果显示添加6倍频光的双色激光场能使高次谐波转化效率明显提高.分析了双色激光场极大地提高高次谐波转化效率的机理，并且通过对产生特定级次谐波的跃迁概率的计算，给出高次谐波转化效率提高的具体数值. 关键词： 渐近边界条件 辛算法 双色激光场 高次谐波     

Effect of laser focus in two-color synthesized waveform on generation of soft x-ray high harmonics

Synthesis of multi-color laser pulses has been developed as a promising way to improve low conversion efficiency of high-order harmonic generation (HHG). Here we systematically study the effect of laser focus in a two-color waveform on generation of macroscopic HHG in soft x-rays. We find that the dependence of HHG yields on laser focus at low or high gas pressure is sensitive to the characteristics of single-atom harmonic response, in which "short"-or "long"-trajectory emissions can be selectively controlled by changing the waveform of two-color synthesized laser pulse. We uncover the phase-matching mechanism of HHG in the gas medium by examining the propagation of the two-color waveform and the evolution of time-frequency emissions of high-harmonic field. We further reveal that the nonlinear effects, such as geometric phase, atomic dispersion, and plasma defocusing, are responsible for modification of two-color waveform upon propagation. This work can be used to find better macroscopic conditions for generating soft x-ray HHG by employing two-color optimized waveforms.     

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.     

双色场中高次谐波转化效率提高的数值研究

采用渐近边界条件和辛算法数值求解了双色激光场分别与模型Pschl-Teller势和模型He⁺相互作用的含时Schrdinger方程的无穷空间初值问题,计算了电离概率、电子平均位移、高次谐波与跃迁概率;数值结果显示,添加适当的倍频光的双色激光场使高次谐波转化效率极大提高,并给出定性与定量分析. 关键词： 辛算法 双色激光场 高次谐波 定量分析     

通过双色激光场和低频电场合成获得孤立40阿秒脉冲

本文提出了一个在双色激光场上叠加低频电场来拓宽高次谐波谱平台区域,从而获得孤立40阿秒脉冲的方案.计算中,我们针对氦原子数值求解了一维含时薛定谔方程,并结合电子的经典回碰动能随时间分布图以及时频分析图,分析了低频电场对高次谐波谱产生过程的影响.计算结果表明,该方案可以有效的拓宽谐波谱的平台区域.通过叠加适当阶数的谐波谱,我们得到了孤立40阿秒脉冲.     

Theoretical Study of High-Order Harmonic Generation From a Coherent Superposition State in a Chirp-Free Pulse Combined with a Chirped Control Pulse

In this paper, we theoretically investigate high-order harmonic generation (HHG) from a helium atom prepared in a coherent superposition state in a two-color laser field. Numerical results show that the emission efficiency of the harmonic spectrum in a coherent superposition state is enhanced by approximately eight orders of magnitude compared with the case of the ground state. In addition, the effect of the initial population of the excited state on the HHG is presented to reveal the physical origin of the enhancement of HHG. By adjusting the laser parameters of the driving pulse, such as the chirping parameter, the relative phase, and the intensity of the driving pulse, an ultrabroad continuum with a width of 275 eV can be observed. Finally, an isolated 12-as pulse is generated after phase compensation.