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。     

等离子体光栅靶的表面粗糙度对高次谐波产生的影响

极紫外光和软X射线由于其波长和脉冲持续时间极短,可用于超快物理过程和物质微观结构的探测.最近几年,研究人员发现激光和等离子体相互作用可以产生持续时间极短(阿秒)且相干性较好的高次谐波辐射,其波长可接近甚至达到水窗波段.然而,实验研究指出,理论上应出现的一些谐波在实验中并没有出现.本文针对超短超强激光与非理想条件下的等离子体光栅靶相互作用产生高次谐波的物理过程进行了理论分析和粒子模拟.研究结果表明,等离子体光栅的周期性结构对于高次谐波的频谱和辐射角分布存在显著调制效果.光栅靶表面粗糙度直接影响光栅的光学调制效果,改变高次谐波的频谱分布和辐射角分布.理想光栅条件下,满足光栅匹配条件的特定阶数谐波明显获得增强,且辐射张角集中在平行靶面的方向.靶表面粗糙度的出现,导致光栅匹配条件失效,高次谐波能量向各阶分散且辐射张角逐渐偏离靶表面方向.研究结果较好地解释了实验中观测到的谐波频谱分布,为进一步的研究提供了一定参考.     

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.     

强激光和超薄等离子体薄膜相互作用产生高次谐波

通过一维粒子（particle in cell,简称PIC）模拟，研制了超薄等离子体薄膜在两列旋转方向相反的圆偏振激光脉冲作用下的高次谐波辐射。在10^21W/cm^2强度的激光作用下，可以获得200次以上的高次谐波。当激光脉冲宽度较短时，由于等离子体薄膜被压缩所导致的多普勒频移对高次谐波产生了显著的频率调制。而这种多普勒频移可以通过对抽运光脉冲引入频率啁啾来补偿。     

双色场中氦离子高次谐波的保结构算法研究及应用

 通过数值求解含时Schr ö dinger方程，研究了氦离子在不同双色场下的高次谐波。结果显示，尽管倍频光强度仅为基频光的1/10，高次谐波辐射却发生了极大变化。虽然谐波级次推进不多，但效率大大提高了，平台区平均提高103倍，高倍频光对应的高次谐波产生效率提高104~105倍。氦离子在添加倍频光的双色场作用下高次谐波产生效率极大提高的原因是：倍频光极大地加快了电子电离到连续态及返回基态这一过程，使辐射出的高次谐波光子数大大增加，该初步阐释可为高次谐波真正应用到实际中提供一些理论启示。     

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。     

超短脉冲强激光与固体靶作用产生的高次谐波红移

用一维粒子模拟程序研究了超短脉冲强激光与超临界密度等离子体平板作用产生的高次谐波。分析了振荡镜面模型所不能解释的伴随高次谐波出现的频率红移现象。通常激光与固体靶作用中的高次谐波是由于激光从振荡靶面的反射产生的.除此之外，相对论光强的激光与固体靶作用还应考虑光压对靶的烧蚀推进作用，这时激光相当于从一个移动的振荡靶面反射，所以产生了带有红移的高次谐波. 关键词： 红移 超短脉冲强激光 高次谐波 粒子模拟     

利用太赫兹场调制获得载波相位稳定的宽带阿秒脉冲

本刊讯当高强度激光场作用于原子或者分子体系的时候，体系会辐射出频率为激光场频率数倍的高次谐波。高次谐波具有非常丰富的物理特性，其光谱覆盖了从红外到极紫外甚至软X射线的区域，在产生阿秒脉冲方面的应用而得到广泛的关注。由于对称性的关系，阿秒脉冲每半个光周期辐射一次，并且相邻阿秒脉冲载波包络相位有丌的跳变。除此之外，由于高次谐波长短轨道干涉的关系，     

超热电子产生的靶后相干渡越辐射光谱实验研究

利用OMA光学多道分析仪测量了激光与薄膜靶相互作用中产生的辐射光谱，在靶后观察到红移的二次谐波发射. 这种二次谐波是v×B加热产生的、具有微脉冲结构的超热电子束在等离子体-真空边界产生的相干渡越辐射(CTR). 随着激光能量的增大，红移峰向长波方向移动，光谱同时发生展宽. 分析认为，等离子体临界面的迅速膨胀是导致二次谐波红移的主要原因. 随着预脉冲能量的增大，临界面膨胀速度增大，导致了发射峰更大的红移. 实验还测量了靶面法线方向的辐射光谱，观察到基频辐射的红移和展宽. CTR为诊断临界面的运动方向和速度提供了一种新的方法. 关键词： 相干渡越辐射 超热电子 超短超强激光 等离子体相互作用     

等离子体密度标长对高次谐波转换效率的影响

通过等离子体粒子模拟研究了在强激光与等离子体相互作用产生高次谐波的过程中,等离子体密度标长对转换效率的影响,计算了在不同密度标长下p偏振非相对论强度激光与高密度等离子体相互作用产生高次谐波的转换效率,发现等离子体密度标长对转换效率有重要的影响,这种影响与谐波级次,等离子体密度,激光脉冲宽度有关。     

Multi-photon resonance enhanced super high-order harmonic generation

This paper proposes highly charged ions pumped by intense laser to produce very high order harmonics.Numerical simulations and full quantum theory of Ne 9+ ions driven by laser pulses at 1064 nm in the power range of 10 9 W/cm 2 ～ 10 15 W/cm 2 show that the emission spectrum corresponds to the electronic transitions from the excited states to the ground state,which is very different from the spectrum of general high-order harmonic generation.In such situation,harmonic order as high as 1000 can be obtained without producing lower order harmonics and the energy conversion efficiency is close to general high order harmonic generation of hydrogen atom in the same laser field.     

光学微腔中倍频光场演化和光谱特性

在考虑光学微腔中二阶和三阶非线性效应的情况下,引入了可同时描述腔内基频和倍频光场的演化过程的Lugiato-Lefeve方程,分析了SiN微腔中二次谐波的产生,并讨论了各参数对腔内基频和倍频光场的影响.理论分析结果表明,失谐参量为0时,稳定后的基频光场为平顶脉冲的形式,而倍频光场呈正弦分布;失谐参量增加,将导致腔内基频和倍频光功率在演化过程中出现振荡,且最终稳定的光功率变弱,稳定后的光场分布为周期性变化;失谐参量的值过大,会使得微腔光场处于混沌状态.抽运光强较弱时,腔内可形成稳定的光场分布;抽运光强较强时,会导致腔内色散以及非线性效应过强,最终稳定的光场仍然呈周期性变化,且抽运光功率越强,光功率的演化曲线振荡越强.此外,选取特定的微腔尺寸,微腔可工作于"图灵环"状态.理论分析结果对研究光学微腔中二次谐波的产生有重要意义.     

上海深紫外自由电子激光的非线性谐波辐射研究

 自由电子激光中的非线性谐波辐射能达到较高的谐波功率，可以用来得到短波长辐射或者降低第4代先进光源对电子束团品质的严厉要求。基于3维自由电子激光软件，深入详细地研究了上海深紫外自由电子激光装置的非线性谐波辐射，并且提出了谐波辐射实验和测量建议。研究表明上海深紫外自由电子激光装置3次非线性谐波辐射的功率可以达到基波功率的2%水平。     

采用附加共振高频场提高强场高次谐波的产生效率

提高高次谐波效率一直是强场物理研究中的一个重要课题,对此人们采取了很多方法,如采用双色场,实现相位匹配,附加一个强电场或强磁场等。本文在研究双色场高次谐波的过程中,发现原子的能级结构对于高次谐波的产生效率有极大的影响,据此提出利用附加共振高频场来大幅度提高高次谐波的产生效率。     

Harmonic Generation of High-Power Microwave in Plasma Filled Waveguide

The harmonic generation of high power microwave in plasma filled waveguide is studied and the analytical theory is presented, and the numerical calculation and analysis of second harmonic are done in this paper. The theoretical and numerical analysis show that high power microwave can generate harmonic in the plasma filled waveguide.     

High-order harmonic generation in nitrogen molecules with subpicosecond visible dye-laser pulses

An experimental study of high-order harmonic generation in nitrogen molecules (N₂) has been made using intense visible (616 nm) dye-laser pulses, where the harmonic radiation up to the 21st order is observed. The harmonic distribution represents a plateau that is preceded by an intensity minimum at the 7th order. The harmonic generation characteristics were atomic-like. It has been found that there are some similarities in the high-order harmonic generation characteristics for N₂ and Ar, including the highest-order harmonics, harmonic distributions, and the influence of the multiphoton ionization on the high-order harmonic generation. These similarities are reasonably attributed to the energetic correspondence of excited levels and ionization potentials. It is pointed out that the ac Stark shift of excited levels and ionization potentials plays an important role also in the high-order harmonic generation in N₂.     

两种波形调控方法获得单次谐波光源的研究

本文利用啁啾波形调控和双色场波形调控对单次谐波光源的产生进行了研究.结果发现：在啁啾波形调控下，单次谐波光源的调节范围在170次到370次谐波区间，能量调节范围较宽.并且，单次谐波的产生对激光脉宽和光强的要求不高.在双色场波形调控下，单次谐波光源的调节范围仅在80次到110次谐波区间，能量调节范围较窄.并且，单次谐波的产生对激光脉宽和光强的要求较高.     

Nonresonant third harmonic generation in thallium vapour

Feasibility of nonresonant third harmonic generation in thallium is investigated. The third order susceptibility, for driving frequencies in the visible region, is calculated and the phase matching with Ar as buffer gas is investigated. Other related quantities like coherence length, minimum pulse lengths required to get phase matching and power input requirements to achieve 50% conversion are also calculated.     

Zur Theorie der Erzeugung der dritten optischen Harmonischen bei optimaler Fokussierung

The optical third harmonic generation of focused Gaussian light beams is studied theoretically in uniaxial crystals with third order non-linearity. The numerical integration of the parabolic equation for optimum focusing condition shows that, for strong focusing, the third harmonic power is independent of the focusing parameter=I/b (I=crystal length,b=confocal parameter). Therefore, the third harmonic generation differs from the second harmonic generation. We neglect in our calculations pump depletion and the intensity dependence of the refractive index.

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Herrn V. Russu danke ich für Diskussionen. Frl. J. Bohn bin ich für die Durchführung der numerischen Rechnungen zu Dank verpflichtet.     

Exact solution for second harmonic generation in XFELs

The generation of harmonic radiation via a non-linear mechanism, driven by electron bunching at the fundamental frequency, is an important option in the operation of high-gain Free-Electron Lasers (FELs). By utilizing harmonic generation at a large scale facility, the production of intense radiation at shorter wavelengths for the same electron beam energy is feasible. This paper describes a theory of second harmonic generation in planar undulators with particular attention to X-Ray FELs (XFELs). Our study is based on an exact analytical solution of Maxwell’s equations, derived with the help of a Green’s function method. Up-to-date theoretical understanding of second harmonic generation is limited to the estimation of the total radiation power, which is based on a comparison of the right hand side of the wave equation for the first harmonic with the right hand side of the equation for the second harmonic, the latter being incorrectly modified. The exact solution should be obtained by solving the wave equation itself. Our work yields correct parametric dependencies and specific predictions of additional properties such as polarization, angular distribution of the radiation intensity and total power. The most surprising prediction is the presence of a vertically polarized part of the second harmonic radiation, whereas current knowledge predicts a horizontally polarized field.