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。     

采用双脉冲驱动产生高次谐波阿秒脉冲

提出了采用双脉冲机理来产生阿秒脉冲的方法.研究发现采用双脉冲不仅可以产生单个的阿秒脉冲，从而突破目前产生阿秒脉冲的驱动源（几个飞秒的超短激光脉冲）的能量限制，而且在相同的峰值强度下，双脉冲能够产生强度更高的阿秒脉冲. 关键词： 阿秒脉冲 双脉冲机理 高次谐波     

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.     

阿秒相干光脉冲的产生与高次谐波

研究人员正在寻求突破飞秒界限的途径．文章简单评述了高次谐波产生阿秒脉冲的可能性、现实性、面临的障碍以及新的科学挑战．     

非均匀3色激光场波形优化产生阿秒脉冲

为了获得最佳谐波发射的非均匀激光波形,采用求解薛定谔方程的方法,寻找了正负非均匀效应下三色激光场的最佳波形.结果表明,在正负非均匀效应下,分别选择最佳的正向和负向激光波形可以获得最佳延伸效果的高次谐波光谱.最后,在谐波平台区通过傅里叶变换可得到脉宽为43 as的脉冲.     

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     

从高次谐波到阿秒脉冲——2023年诺贝尔物理学奖评述

2023年诺贝尔物理学奖授予了皮埃尔·阿戈斯蒂尼、费伦茨·克劳斯和安妮·吕利耶,以表彰他们在产生阿秒光脉冲的实验方法研究中做出的贡献。物质的电子结构决定了其物理性质,自 21世纪初随着阿秒光脉冲的出现而正式诞生的阿秒科学,首次为在电子本征的时间尺度内对电子运动的探测及调控提供了可能。文章将主要简述阿秒脉冲产生与测量技术的背景、原理及阿秒脉冲在探测和控制电子动力学过程中的应用。     

调控空间非均匀啁啾场获得孤立阿秒脉冲

通过调节二阶啁啾参数和空间非均匀效应对高次谐波光谱进行了优化.结果表明：在长脉宽负向啁啾和负向非均匀效应组合下,谐波光谱截止能量和强度得到最佳增大,并获得X射线范围内的光谱连续区.最后,通过叠加光谱连续区上的部分谐波可获得一个脉宽仅为23 as的孤立脉冲.     

拉伸分子高次谐波产生的阿秒控制

通过数值求解一维含时薛定谔方程,本文研究了高频阿秒脉冲对拉伸双原子分子模型与低频飞秒激光脉冲相互作用产生高次谐波谱的影响.研究表明,若阿秒脉冲在低频脉冲的第二个光学周期截止处注入时,只第二个平台截止位置IP 5.6UP(IP为电离势,UP为有质动力能)附近谐波的效率得到显著提高;若阿秒脉冲的包络峰值处于低频脉冲第三个光学周期T/4(为飞秒激光脉冲的光学周期)附近时,则谐波谱出现了明显的整体抬高现象.对此,本文根据拉伸分子谐波谱的四种产生机制及阿秒脉冲在飞秒激光不同相位注入时的电子电离曲线,对这些谐波谱的结构给出了合理解释.     

原子在两色组合激光场中产生的单个阿秒脉冲

利用分裂算符法求解含时薛定谔方程,对一维氦原子处于红外场（IR）与紫外场（UV）组合的两色激光场中产生的高次谐波进行研究,分析了由高次谐波产生的阿秒脉冲的特征. 发现在组合场中可以通过增加红外场的强度,来缩短阿秒脉冲的宽度,通过调节组合场中两束激光的时间延迟,提高一个电子轨道对谐波的贡献,而抑制另一个电子轨道的贡献,从而得到低于100 as的单个脉冲. 关键词： 强激光场 组合场 高次谐波 阿秒脉冲     

Extension of high-order harmonics and generation of an isolated attosecond pulse in the chirped laser field

This paper theoretically investigates the high-order harmonic generation cutoff extension using intense few-cycle linearly chirped laser pulses. It shows that the cutoff of the harmonic can be extended remarkably by optimising the chirping parameters. The time-frequency characteristics of high-order harmonics with different chirping parameters are analysed by means of wavelet transform of the dipole acceleration. It also gives out the classical three-step model pictures of electron. By superposing a properly selected range of the harmonic spectrum, it obtains an isolated 65as pulse.     

采用组合脉冲驱动生成单一的X射线阿秒脉冲

采用组合激光脉冲(800 nm/9.4 fs 24 nm/1 fs)辐照联合两原子体系产生高次谐波,获得了单一的X-射线阿秒脉冲.我们发现,当固定钛宝石激光的峰值强度并改变高频谐波脉冲的峰值强度Ih时,存在一个优选的Ih范围,在该范围内相应的阿秒脉冲最优化,即强度达到最强,对此,本文从受激复合的角度给出了合理解释.     

Asymmetric molecular harmonic assisted generation of the attosecond X-ray pulse

In this paper, we theoretically investigate the asymmetric molecular high-order harmonic emission and the attosecond X-ray pulse generation when the asymmetric molecular HeH²⁺ ion is exposed to an intense chirped pulse. It is found that the molecular harmonics are strongly dependent on the internuclear distance R as well as the chirp parameter, showing a smooth and intense harmonic plateau at R = 8.0 a.u. and β = 0.4. Further, by adding a subharmonic controlling pulse with the optimised conditions, a supercontinuum with a bandwidth of 602 eV can be obtained. Finally, by properly superposing the selected harmonics in the supercontinuum region, a series of isolated X-ray pulses with durations of sub-80 as are directly generated.     

High-order harmonic generation with a two-color laser pulse

We theoretically investigate the electron dynamics of the high-order harmonics generation process by combining a near-infrared 800 nm driving pulse with a mid-infrared 2000 nm control field. We also investigate the emission time of harmonics using time-frequency analysis to illustrate the physical mechanisms of high-order harmonic generation. We calculate the ionization rate using the Ammosov-Delone-Krainov model and interpret the variations in harmonic intensity for different control field strengths and delays. We find that the width of the harmonic plateau can be extended when the control electric field is added, and a supercontinuum from 198 to 435 eV is generated, from which an isolated 61-as pulse can be directly obtained.     

Enhancement of isolated attosecond pulse generation by using long gas medium

Isolated attosecond pulse generation in argon is theoretically investigated for different gas pressures and medium lengths. The output of attosecond pulse is effectively enhanced by using a longer gas medium with optimized pressure. The peak intensity of the attosecond pulse by using 6 mm gas medium is doubled compared with that of 1-3 mm gas cell, which is usually used in the experiment. Our simulation shows that the distortion of the driving laser waveform and the absorption are the main factors that limit the output of the attosecond pulse for the long gas medium. Optimized generation condition could be found by balancing the medium length and pressure.     

High-order harmonic generation with a two-color laser pulse

We theoretically investigate the electron dynamics of the high-order harmonics generation process by combining a near-infrared 800 nm driving pulse with a mid-infrared 2000 nm control field.We also investigate the emission time of harmonics using time-frequency analysis to illustrate the physical mechanisms of high-order harmonic generation.We calculate the ionization rate using the Ammosov-Delone-Krainov model and interpret the variations in harmonic intensity for different control field strengths and delays.We find that the width of the harmonic plateau can be extended when the control electric field is added,and a supercontinuum from 198 to 435 eV is generated,from which an isolated 61-as pulse can be directly obtained.     

圆偏振激光附加太赫兹场作用下的高次谐波发射和孤立阿秒脉冲的产生

本文通过数值求解二维含时薛定谔方程,研究了圆偏振激光和太赫兹组合场作用下,H+2的高次谐波发射和孤立阿秒(1 as=10-18s)脉冲的产生.研究发现,无论在圆偏振激光场的x或y方向附加一个太赫兹场,都可以产生一个比较平滑的连续谐波谱.通过时频分析我们发现,高次谐波的贡献主要来自于短轨道.适当选取一些级次的连续谐波进行叠加,可以得到129 as或83 as的孤立阿秒脉冲.     

圆偏振激光附加太赫兹场作用下的高次谐波发射和孤立阿秒脉冲的产生

本文通过数值求解二维含时薛定谔方程,研究了圆偏振激光和太赫兹组合场作用下,H2+的高次谐波发射和孤立阿秒脉冲的产生。研究发现,无论在圆偏振激光场的 或 方向附加一个太赫兹场,都可以产生一个比较平滑的连续谐波谱。通过时频分析我们发现,高次谐波的贡献主要来自于短轨道。适当选取一些级次的连续谐波进行叠加,可以得到129 as或83 as的孤立阿秒脉冲。     

利用超短的紫外光源来增强阿秒脉冲的强度

本文理论提出了一种利用超短紫外光源来增强阿秒脉冲强度的方法 .计算结果表明,当适当的加入一束62 nm或者125 nm超短紫外光源到双色激光场时,不仅高次谐波的截止能量被延伸了,而且谐波的强度也比原双色场时有明显的增强.尤其是当采用125 nm光源时,谐波的强度被增强了2个数量级,并且形成了一个232 e V的超长平台区.最后通过叠加谐波次数从113次到170次可获得脉宽仅为43 as的孤立阿秒脉冲,其强度比原双色场情况下产生的阿秒脉冲增强了2个数量级.     

利用超短的紫外光源来增强阿秒脉冲的强度

本文理论提出了一种利用超短紫外光源来增强阿秒脉冲强度的方法. 计算结果表明, 当适当的加入一束62nm或者125nm超短紫外光源到双色激光场时, 不仅高次谐波的截止能量被延伸了, 而且谐波的强度也比原双色场时有明显的增强. 尤其是当采用125nm光源时,谐波的强度被增强了2个数量级,并且形成了一个232eV的超长平台区. 最后通过叠加谐波次数从113次到170次可获得脉宽仅为43as的孤立阿秒脉冲, 其强度比原双色场情况下产生的阿秒脉冲增强了2个数量级.