少周期非均匀场下原子空间位置对高次谐波发射的影响

本文通过数值求解含时薛定谔方程,研究了少周期非均匀激光脉冲作用下氦原子选取不同的空间位置时高次谐波的发射情况.通过对原子在纳米结构空隙中心附近区域不同空间位置上的高次谐波发射情况的研究发现,非均匀激光场中,即使原子处在中心附近的很小的区域内,原子的空间位置也直接影响着高次谐波发射.随着空间内原子坐标的增大,高次谐波的截止得到扩展,且谐波平台区并非单向扩展,而是向两端同时的扩展.通过时频分析和半经典三步模型研究了高次谐波发射的物理机制,并对获得的物理现象给出合理的解释.     

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。     

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.     

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.     

高次谐波发射的亚原子尺度研究

激光与原子、分子相互作用的高次谐波是产生超短阿秒脉冲和相干高频XUV光源的重要手段之一.为了产生高强度的XUV光源,需要对谐波产生机制深入研究.本文通过数值求解含时薛定谔方程,计算了不同空间位置的含时偶极矩进而得到不同空间位置的高次谐波发射.对不同空间位置的谐波发射谱的分析发现,谐波发射的主要空间位置在核区附近,不同空间位置的谐波中奇次和偶次谐波均能被观察到,整数阶谐波能量辐射强度较大.进一步研究不同空间位置的谐波相位发现,在x=0左右两侧发射的奇次谐波相位相同,偶次谐波相位相反.通过滤波方法分析了不同空间位置的相同次谐波的含时偶极矩信息,发现该相位特征导致了奇次谐波的增强,偶次谐波的消失.     

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.     

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.     

两束同色激光场和中红外场驱动氦原子在等离激元中产生的单个阿秒脉冲

通过数值求解一维氦原子由两束同色激光场和中红外形成组合场中的含时薛定谔方程,研究了氦原子在纳米等离激元中发射高次谐波的性质以及合成阿秒脉冲的特点.研究表明,在等离激元中氦原子在组合场驱动下发射的高次谐波相对于均匀场情况下截止位置会得到明显扩展,但等离激元对处在连续态电子的吸收效应会对高次谐波截止位置影响较大,通过改变激元的相对位置能明显提高其中一个轨道对谐波的贡献,抑制另一些电子轨道的贡献.经典分析表明,两个电子轨道发生并合,从而实现单个阿秒脉冲的输出.与原子在均匀场驱动的情况相比,阿秒脉冲的宽度明显缩短,最短可实现28 as的单个脉冲输出.     

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.     

Carrier-envelope phase measurement using plasmonic-field-enhanced high-order harmonic generation of H atom in few-cycle laser pulses

We investigate the plasmonic-field-enhanced high-order harmonic generation (HHG) of H atom driven by few-cycle laser pulses, by solving the time-dependent Schrödinger equation (TDSE). Compared with the homogeneous field, HHG spectra generated by inhomogeneous field exhibit two-plateau structure. We analyze the origin of the two plateaus by using the semiclassical trajectory method. Our results from both classical and TDSE simulations show that the cutoffs of the two plateaus are dramatically affected by the carrier-envelope phase (CEP) of laser pulse in the inhomogeneous field, even for a little longer pulse. Thus, we can determine the CEP of driving laser based on the cutoff position of HHG generated in the inhomogeneous field.     

利用蝴蝶型纳米结构下的极化门方案输出单个阿秒脉冲

理论研究了在蝴蝶型纳米结构下运用多周期极化门方案驱动He原子输出高次谐波以及阿秒脉冲的特点.结果表明,由于纳米结构表面的等离子共振增强现象,谐波截止能量得到延伸.同时,由于激光场呈现空间非均匀性,长量子路径对谐波的贡献被减弱.并且,在极化门控制下,谐波平台区的贡献只来源于单一的谐波辐射能量峰,进而形成一个147 eV的超长平台区.最后,通过叠加平台区的谐波,可获得一个持续时间在30 as的超短脉冲.     

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.     

Exploration of High-Harmonic Generation from the CS_2 Molecule by the Lewenstein Method in Two-Color Circularly Polarized Laser Field

The high harmonic generation(HHG) from the CS_2 molecule in intense laser fields is investigated using the extended Lewenstein method. The initial state is the highest-occupied molecular orbital of the CS_2 molecule,which can be well described by Gaussian wave packet using GAMESS-UK package. Compared with the case of the elliptical laser, the HHG can be extended in two-color circularly polarized laser field. The time-frequency analysis and classical electron trajectory as well as the ionization yield curve are also presented to further explain the underlying mechanism. After adding a static electric field on the z-direction, the single quantum path control is realized and the supercontinuum spectra are obtained. Moreover,an isolated 110 as pulse can be obtained by superposing the harmonics from 130 th to 180 th order.     

HeH2+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HeH2+分子发射高次谐波的特点。计算结果表明,HeH2+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482eV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30as的超短X射线光源。     

利用空间非均匀场偏振门方案产生超短的X射线光源

理论提出了一种利用空间非均匀场偏振门方案延伸高次谐波截止能量以及获得超短X射线光源的方法。计算结果表明, 当适当调节两束圆偏振激光场的延迟时间以及空间非均匀参数时,不仅高次谐波谱的平台区域能得到很大的扩展,并且谐波谱上的干涉也明显减小,形成了一个由单一量子路径贡献而成的310eV的超长平台区。谐波相位分析显示,平台区谐波相位呈线性分布。最后,通过适当的叠加谐波平台上的谐波, 可获得一系列相位稳定的脉宽在50as以下的超短X射线光源。     

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.