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     

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     

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     

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.     

利用三色组合脉冲激光获得孤立阿秒脉冲发射

孤立阿秒脉冲因可以跟踪和控制原子及分子内电子的运动过程而备受关注.本文从理论上开展了氦原子在3束飞秒脉冲激光组合场辐照下产生的高次谐波和阿秒脉冲辐射的研究.组合激光场由16 fs/1600 nm,15 fs/1100 nm和5.3 fs/800 nm的钛宝石脉冲构成.与前两束脉冲合成的双色场产生谐波谱相比,附加钛宝石脉冲的三色场产生的高次谐波发射谱呈现出高转换效率及宽带超连续特性,超连续谱范围覆盖从230—690次谐波,傅里叶变换后实现了128 as高强度孤立短脉冲的产生.该结果归因于合成的三色场呈现出高功率及少周期的中红外飞秒脉冲激光特性,可以有效控制原子电离以及复合发生在中红外飞秒脉冲的一个有效光学周期内.     

原子发射高次谐波偏振态的调控

利用分裂算符法数值求解二维含时薛定谔方程研究了He原子在反旋双色组合激光场(由椭圆极化的基频场与圆极化的三倍频场构成)中产生高次谐波的偏振特性。研究结果表明,改变基频场的椭偏率、强度及相位可实现对高次谐波偏振态从圆偏振到椭圆偏振以及线偏振的完全调控,为实验室产生偏振态可控的紫外-软X射线光源提供了参考。     

双色激光场对氢原子高次谐波的影响

为了深入研究高次谐波产生的多光子过程,使用劈裂算符结合拟谱的方法对氢原子在双色强激光场中的高次谐波辐射作了数值模拟计算,结果显示,当附加一适当双色激光场时,高次谐波谱的平台区大幅提高和展宽.根据计算结果提出的混合跃迁道理论,成功解释了高次谐波谱所呈现的细节特征.     

啁啾激光与半周期脉冲形成的组合场驱动原子产生单个阿秒脉冲

提出了由波长为800 nm、脉冲宽度为5 fs的啁啾激光与半周期脉冲形成组合场,并利用这种组合场驱动一维模型氦原子获得单个阿秒脉冲. 通过数值求解一维氦原子的含时薛定谔方程,发现氦原子在组合场驱动下高次谐波谱的截止位置可以扩展到I_p+21.6U_p. 对第二平台区域不同范围内高次谐波的叠加都能得到单个阿秒脉冲,最短可达37 as,特别是对平台区域的前端进行叠加不仅能够得到较短的单个阿秒脉冲,而且与截止位置附近高次谐波构造的阿秒脉冲相比,强度提高了3个数量级. 关键词： 啁啾激光场 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．     

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     

A scaling law of high-order harmonic generation

Using a nonperturbative quantum electrodynamics theory of high-order harmonic generation (HHG), a scaling law of HHG is established. The scaling law states that when the atomic binding energy E_b, the wavelength λ and the intensity I of the laser field change simultaneously to kE_b, λ/k, and k³I, respectively. The characteristics of the HHG spectrum remain unchanged, while the harmonic yield is enhanced k³ times. That HHG obeys the same scaling law with above-threshold ionization is a solid proof of the fact that the two physical processes have similar physical mechanisms. The variation of integrated harmonic yields is also discussed.     

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     

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。     

在双色场中使用相干叠加态来提高高次谐波的发射

本文提出了一种在双色场中使用相干叠加态来提高高次谐波发射效率的方法. 我们首先通过在800nm基本激光脉冲上添加一束控制激光脉冲在理论上得到双色合成激光场;其次,通过求解一维含时薛定谔方程,计算得到了体系处于不同初始态时的高次谐波谱,并结合时频分布图对其微观机理进行分析. 计算结果表明,使用相干叠加态作为体系的初始态,通过调节两束激光的相对相位可以有效实现提高高次谐波的发射效率的目的.     

在双色场中使用相干叠加态来提高高次谐波的发射

本文提出了一种在双色场中使用相干叠加态来提高高次谐波发射效率的方法.我们首先通过在800 nm基本激光脉冲上添加一束控制激光脉冲在理论上得到双色合成激光场;其次,通过求解一维含时薛定谔方程,计算得到了体系处于不同初始态时的高次谐波谱,并结合时频分布图时其微观机理进行分析.计算结果表明,使用相干叠加态作为体系的初始态,通过调节两束激光的相对相位可以有效实现提高高次谐波的发射效率的目的.     

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.     

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.     

Enhanced photoemission and ionization of He+ by simultaneous irradiation of fundamental laser and high-order harmonic pulses

We simulate the response of He⁺ exposed simultaneously to fundamental and 27th harmonic pulses from an intense Ti:sapphire laser. High-order harmonic emission from He⁺ is enhanced by 17 orders of magnitude compared with the case of the fundamental pulse alone. Moreover, while an individual 10 fs laser with a fundamental wavelength of 800 nm and a peak intensity of 3×10¹⁴ W/cm², or its 27th harmonic pulse with a peak intensity of 10¹³ W/cm², ionizes no more than 5×10^-6 of He⁺, their combined pulses lead to a surprisingly high He²⁺ yield of 17%. The underlying mechanism is either harmonic generation from a coherent superposition of states or two-color frequency mixing, depending on the laser wavelength. PACS 32.80.Rm; 42.50.Hz; 42.65.Ky