强激光场中长程势与短程势原子产生高次谐波与电离特性研究

用数值方法求解含时薛定谔方程，研究了具有长程势和短程势的一维原子在强激光场中的高次谐波和电离特性. 在强激光场中，长程势和短程势原子产生的高次谐波具有相似的特性，对应的平台和截止位置相同，但是短程势原子没有低阶的高次谐波，而长程势和短程势原子在激光场中的电离概率明显不同. 研究结果表明，原子的激发态结构对低阶的高次谐波和原子的电离概率有重要影响. 关键词： 强激光场 高次谐波 电离概率     

强激光场中模型氢原子和真实氢原子产生高次谐波的比较

通过数值求解原子在强激光场中的含时薛定谔方程,研究了有库仑奇点和无库仑奇点的一维模型氢原子和三维真实氢原子产生高次谐波的特性.结果表明,有库仑奇点和无库仑奇点的一维模型氢原子和三维真实氢原子产生高次谐波的截止位置相同,但是高次谐波强度变化特征明显不同,进一步的研究表明,无库仑奇点的模型氢原子产生的高次谐波谱相对变化趋势与三维真实氢原子的高次谐波谱变化趋势是完全一致的.     

强激光场中模型氢原子和真实氢原子产生高次谐波的比较

通过数值求解原子在强激光场中的含时薛定谔方程,研究了有库仑奇点和无库仑奇点的一维模型氢原子和三维真实氢原子产生高次谐波的特性。结果表明,有库仑奇点和无库仑奇点的一维模型氢原子和三维真实氢原子产生高次谐波的截止位置相同,但是高次谐波强度变化特征明显不同,进一步的研究表明,无库仑奇点的模型氢原子产生的高次谐波谱相对变化趋势与三维真实氢原子的高次谐波谱变化趋势是完全一致的。     

量子路径控制生成宽频软X射线连续辐射谱

数值研究了双色激光脉冲与一维氩原子相互作用的谐波发射功率谱.双色激光脉冲由800 nm和1600 nm的两束激光组成,脉冲持续时间为9.7 fs.计算结果表明,相对相位为π时,谐波截止频率从单色场情形的58 eV大幅度地展宽到316 eV,获得频宽为93 eV的软X射线连续辐射谱.此外,还采用短程的普薛耳－特勒势和长程的软化库仑势进行比对,数值结果表明该连续辐射谱的存在具有普适性.通过半经典的“三步”模型和时频分析小波变换方法对该连续辐射谱进行分析,发现其主要由单一的“短”量子路径生成,直接叠加频率从22 关键词： 红外双色激光脉冲 连续辐射谱 阿秒脉冲     

相对论圆偏振激光与固体靶作用产生高次谐波

超短超强激光与固体靶表面等离子体相互作用可以通过高次谐波的方式产生从极紫外到软X射线波段的相干辐射,获得飞秒甚至阿秒量级的超短脉冲,可用于观测原子或分子中的电子运动等超快动力学过程.本文实验研究了相对论圆偏振飞秒激光与固体靶相互作用的高次谐波产生过程,实验结果表明,在较大入射角下,圆偏振激光也可以有效地产生高次谐波辐射.通过预脉冲控制靶表面的预等离子体密度标长,发现高次谐波的产生效率随密度标长的增加而单调下降.进一步通过二维粒子模拟程序,分析了激光的偏振以及预等离子体密度标长对高次谐波产生的影响,很好地解释了实验观测结果.     

一维多原子分子离子与超短激光场作用产生的高次谐波

从经典方程出发，采用克兰克-尼科尔森中心差分法对一维多原子分子离子与一维超短强激光场相互作用产生的高次谐波进行了数值模拟计算，发现激光场的初始相位对高次谐波辐射谱有明显影响；通过进一步研究，给出了初步解释。从而，可以通过调节适当的激光初始相位和选取适当的系统来改善高次谐波的相位匹配，产生清晰的高次谐波辐射谱。     

超强激光作用下相对论电子振荡所导致的谐波辐射

研究发现，在超强激光作用下电子运动的相对论效应可导致高次谐波辐射，采用单电子模型计算分析了不同偏振微光作用下的高次谐波发射，表明圆偏振激光较线偏振激光更有利于高次谐波产生。     

利用43飞秒的强激光脉冲实现单个阿秒脉冲输出的新机理

研究了多个光周期的长脉冲(43 fs)激光与氖原子相互作用产生的高次谐波的辐射特性. 通过计算机数值模拟，发现当激光场的强度超过饱和光强时，原子将会在几个光周期内被迅速电离，使得原子的高次谐波谱在截止区呈现出平滑的多平台结构. 同时，在高频波段离子产生的高次谐波的影响将变得十分显著. 通过选取合适的子平台进行频率叠加，在消除了离子的高次谐波的影响后，可以获得单个的阿秒软X射线脉冲. 关键词： 高次谐波 阿秒脉冲     

在不同激光脉宽下的高次谐波

用数值计算方法计算了不同强激光脉冲宽度下高次谐波的产生.我们发现对于激光场强度不高,不能有效电离初态的激光场,长脉冲宽度可以更有效产生高次谐波;而对于高场强的激光场,由于它能够在几个光学周期之内把原子的初态全部电离,所以短脉冲的激光场能够更有效产生高次谐波.     

强激光场中N2分子高次谐波的干涉效应

在强场近似下,利用Lewenstein模型研究了N2分子在强激光场中发射高次谐波的干涉效应,通过对N2分子产生的高次谐波和分子中单个原子产生高次谐波的比较,表明了干涉效应的存在. 得出随着高次谐波阶数的增加,干涉极小值会随着分子轴与激光偏振方向间夹角的增加而减小,在角度接近900附近时干涉效应消失,与两中心干涉模型预测的趋势一致. 通过分析高次谐波产生的机制和相位随取向角的变化,给出了干涉产生的原因.     

原子势对阈上电离平台的影响

本文从理论上分别研究了长程和短程原子势对阈上电离光电子谱平台结构的影响. 发现在相当大的激光参数范围内, 长程势的阈上电离谱总是呈现出清晰的双平台结构; 对于短程势, 阈上电离谱双平台的界限不再清晰, 随着入射激光强度的减小, 逐渐从双平台过渡到单平台. 基于经典分析和量子力学数值模拟, 阐明了在不同模型势下, 电离速率的差别和再散射电子弹性碰撞截面的不同导致了上述平台结构的差异．此外, 还讨论了激光脉冲空间强度分布对这一现象的影响. 关键词： 阈上电离 离子势影响 中红外激光脉冲     

高频激光脉冲作用下原子的光子和光电子发射

通过数值求解含时薛定谔方程, 研究了原子在高频激光作用下的电离概率、光电子谱和谐波发射谱. 研究发现, 随着入射激光强度的增加, 原子的电离概率逐渐增加, 达到最大后下降, 其光电子发射谱和高次谐波发射谱均由单峰结构变成多峰. 而通过对谐波发射谱的时间-频率分析发现, 在电离抑制区域, 脉冲的峰值附近谐波受到抑制, 谐波发射主要发生在上升沿和下降沿, 二者的干涉效应产生了谐波的多峰值结构. 利用光电子发射谱和谐波发射谱随入射激光强度的改变规律, 可以实现对引起原子电离抑制的激光强度进行诊断.     

激光强度依赖的阈下谐波产生机制

利用广义伪谱方法精确数值求解了氢原子在强激光场中的三维含时薛定谔方程,获得了强激光中氢原子的含时波函数,利用时间依赖的偶极矩的傅里叶变换得到了高次谐波谱,研究了氢原子在强激光场中发射低于电离阈值的谐波谱对激光强度的依赖性.研究发现,激光强度在低于电离阈值的谐波产生的通道选择的过程中扮演着重要角色,主要有两种量子通道对阈下谐波的产生有贡献,即广义的短轨道和长轨道,其中长轨道对激光场强度比较敏感.结合小波时频变换、经典轨道分析、以及强度依赖的量子通道选择分析,本文阐明了其背后的物理机制.     

高频激光脉宽对原子光电子发射谱的影响

采用广义含时伪谱方法数值求解原子在激光脉冲作用下的动量空间含时薛定谔方程,研究了高频激光脉宽对原子光电子发射谱的影响.数值模拟表明,随着激光脉冲宽度的增加,光电子谱干涉结构的振荡幅值逐渐减小,其最大峰值的强度和位置取决于产生有效电离的最大即时强度.通过分析光电子谱的变化规律能进一步加深对高频强场电离产生的动力学干涉效应的理解.     

双色高频激光作用下原子低阶次谐波的理论研究

通过数值求解含时薛定谔方程,研究了高频双色激光脉冲与原子相互作用产生的光辐射.研究表明,光辐射谱中既有基频光的谐波,又可观测到谐波能量附近的多个频率的光辐射产生,且辐射的峰值强度随着入射激光强度的提高呈指数增强,相邻辐射频率差值为入射的两束激光脉冲频率差.     

Two-colour coherent control of multiphoton ionization： a comparison between long-range and short-range potential model atoms

Using the numerical solution of the time-dependent Schr\"odinger equation of a one-dimensional model atom in a two-colour laser field, we have investigated the effects of the potential models on coherent control of atomic multiphoton ionization. It is found that the photoelectron spectra are obviously different for the long-range (Coulomb-like) and short-range (with no excited bound states) potential model atoms, which are produced by two-colour coherent control of atomic multiphoton ionization in a few laser cycles. Our results indicate that two-colour coherent control of atomic multiphoton ionization can be observed in simulations, depending on the choice of the model potentials.     

Comparative analysis of the strong-field ionization of a quantum system with the Coulomb and short-range potentials

The dynamics of a hydrogen atom and a 3D model quantum system with a short-range potential is investigated using the direct numerical integration of the nonstationary Schrödinger equation in a wide range of laser intensities and frequencies. The simulation data are compared with the predictions of variants of the Keldysh-type theories. It is demonstrated that, in the low-frequency (tunnel) limit, the ionization rates of the systems with the Coulomb and short-range potentials and the same values of the ionization potential significantly differ from each other whereas, in the high-frequency (single-photon) limit, we do not observe a substantial difference between the ionization rates. Specific features of the angular distribution of the photoelectron emission and the photoelectron energy spectra are investigated in detail. In addition, the ionization suppression is studied for both Coulomb- and short-range-potential atoms. The stabilization is due to the dramatic reconstruction of the atom in the presence of a strong laser field and the formation of a new system (Kramers-Henneberger atom) that exhibits an increasing resistance to the ionization upon an increase in the laser intensity. In the two-photon ionization regime, the stabilization phenomenon is substantially more pronounced for the system with the Coulomb potential. This results from the effective excitation of the Rydberg states of the dressed atom in the strong-field limit.     

High-order harmonic generation spectrum of an excited one-dimensional Coulomb atom in an intense laser field

Response of the wave packet of a one-dimensional Coulomb atom to an intense laser field is calculated using the symmetrized split operator fast Fourier method. The high-order harmonic generation (HHG) of the initial state separately being the ground and excited states is presented. When the hardness parameter \alpha in the soft Coulomb potential V(x)=-1/\sqrt{x^2+\alpha} is chosen to be small enough, the so-called hard Coulomb potential V(x)=-1/|x| can be obtained. It is well known that the hard one-dimensional Coulomb atom has an unstable ground state with an energy eigenvalue of $\sim0.5$ and it has no states corresponding to physical states in the true atoms, and has the first and second excited states being degenerate. The parity effects on the HHG can be seen from the first and second excited states of the hard one-dimensional Coulomb atom. The HHG spectra of the excited states from both the soft and hard Coulomb atom models are shown to have more complex structures and to be much stronger than the corresponding HHG spectrum of the ground state of the soft Coulomb model with $\alpha=2$ in the same laser field. Laser-induced non-resonant one-photon emission is also observed.