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.     

超相对论激光和稠密等离子体作用产生阿秒脉冲的优化

利用一维粒子模拟程序研究了超相对论激光脉冲与稠密等离子体相互作用得到的阿秒脉冲.从超相对论近似的角度分析了电子运动行为和高次谐波的产生,发现当等离子体密度一定时,随着无量纲相似参数S的减小,阿秒脉冲的转换效率呈先增大后减小的趋势,因此选择适当的光强就可以得到转换效率较高的阿秒脉冲.当S一定时,随着等离子体密度的增加,阿秒脉冲转换效率有增大的趋势.这说明用适当的光强照射更稠密度的等离子体靶面,可以产生更强的阿秒脉冲.     

原子错位堆栈增强双层MoS_2高次谐波产率

本文采用数值求解多能带半导体布洛赫方程组的方法开展强激光与双层MoS_2材料相互作用产生高次谐波的理论研究.模拟发现, T型堆栈双层MoS_2产生的高次谐波在高能区域的转换效率比AA型堆栈双层MoS_2高一个数量级.理论分析表明,由于原子级错位堆栈下晶体对称性被打破,使原有的部分带间禁戒跃迁路径被打开,带间跃迁激发通道增加,大大增大了载流子跃迁概率,从而增强了高次谐波转换效率.此外,对谐波产率的波长定标研究表明,在较长波长的激光驱动下( 2000 nm), T型堆栈下所增强的高次谐波具有更高的波长依赖.该工作为如何优化增强固体高次谐波的转换效率提供一种新思路.     

势函数对强激光辐照下原子高次谐波辐射的影响

理论上研究了中红外强激光分别与长程库仑原子和短程势模型原子相互作用产生的高次谐波辐射.发现在相同激光参数条件下,与长程库仑原子的谐波辐射相比,短程原子具有更低的辐射效率,但在高频区域(接近cutoff位置),二者效率相似.通过对谐波辐射的时间频率分析发现,在短程模型原子谐波辐射中,长轨道发挥更重要的作用.利用其产生的高次谐波辐射,可以产生孤立阿秒脉冲.     

不同激光等离子体条件下的阿秒光脉冲产生

通过一维粒子模拟研究了利用相对论少周期强激光与固体密度等离子体表面相互作用实现单个孤立阿秒光脉冲产生的参数条件。主要研究描述相互作用的多维参数,如激光强度、入射角和等离子体标尺长度等,对相对论高次谐波能量转换效率和孤立阿秒光脉冲分离度的影响。研究发现,虽然激光等离子体参数对阿秒光脉冲产生的影响是复杂的,但是存在着能够实现大能量孤立阿秒光脉冲的最佳等离子体标尺长度和最佳入射角。当其他相互作用条件确定时,使用中等强度的相对论强激光可以在较宽的参数范围内实现孤立的阿秒光脉冲。大角度入射时,孤立阿秒光脉冲的分离度较高,能够实现孤立阿秒光脉冲的相互作用参数范围也较宽。     

原子在双色组合场中产生高次谐波的转换效率与激光波长的关系

利用分裂算符法求解速度规范下的含时薛定谔方程,研究了一维氦原子处于单色红外场、红外场与紫外场形成的双色组合场中产生的高次谐波谱,分析了在截止位置附近高次谐波的转换效率与激光波长(800—2000 nm)的关系,发现在双色组合场驱动下截止位置附近高次谐波的转换效率随波长的变化为η(λ)∝λ^－x,其中〈x〉的数值取决于激光场的强度,但是只要选取合适场强的组合场就能提高截止位置附近高次谐波的转换效率. 关键词： 双色组合场 分裂算符 高次谐波 转换效率     

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     

改型wiggler高次谐波自由电子激光的非线性理论分析

建立了改型wiggler自由电子激光的非线性理论,导出了自洽非线性方程组.用计算机模拟方法对改型wiggler高次谐波自由电子激光进行了分析,得到了电子在与光场相互作用,从线性调制到非线性饱和演化过程中的相空间群聚图、高次谐波的增益、抽取效率以及电子束能谱图,同时,还研究了电子束能散度对高次谐波的增益和效率的影响等.模拟结果证实了改型wiggler自由电子激光是实现短波长相干光辐射的重要途径之一. 关键词：     

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。     

飞秒强激光与欠稠密等离子体相互作用中的二次谐波辐射

对超短超强激光脉冲 (45fs,6× 10 17W /cm2 )与光致电离氦气形成的欠稠密等离子体相互作用中的二次谐波辐射进行了实验研究。测量了多种打靶强度的飞秒激光脉冲与不同气体密度氦气相互作用的二次谐波光谱 ,得到在欠稠密等离子体中二次谐波辐射与打靶激光能量的关系 ,分析了产生二次谐波辐射产生的物理机制 ,在考虑了强短脉冲激光电离气体产生的等离子体径向电子密度梯度因素 ,基于非线性作用过程的理论预期曲线与实验结果较好地吻合     

Simulation of THz emission from laser interaction with plasmas

One-dimensional particle-in-cell (PIC) program is used to simulate the generation of high power terahertz (THz) emission from the interaction of an ultrashort intense laser pulse with underdense plasma. The spectra of THz radiation are discussed under different laser intensity, pulse width, incident angle and density scale length. High-amplitude electron plasma wave driven by a laser wakefield can produce powerful THz emission through linear mode conversion under certain conditions. With incident laser intensity of 10¹⁸ W/cm², the generated emission is computed to be of the order of several MV/cm field and tens of MW level power. The corresponding energy conversion efficiency is several ten thousandths, which is higher then the efficiency of other THz source and suitable for the studies of THz nonlinear physics.     

High order harmonic generation from solid targets: Towards intense attosecond pulses

Experiments and computer simulations on high order harmonic generation (HOHG) from steep plasma gradients using intense femtosecond laser pulses are presented. The importance of the plasma scale length for the efficiency of HOHG is demonstrated. By changing the pump intensity and the target parameters the regime of HOHG can be switched from non-relativistic to relativistic. Simulations show that attosecond pulses should already be present in our experiments in both interaction regimes. Two-color driven harmonic generation is shown to provide a highly efficient way of attosecond pulse production.     

Generation of lower and higher harmonics in different plasma media with small <Emphasis Type="Italic">Z</Emphasis>

The generation of lower (third) and higher harmonics of femtosecond laser radiation in plasmas produced by laser ablation of different targets with a small atomic number Z (B, Be, Li) has been investigated. The high (10⁻³) efficiency of third-harmonic generation was observed in plasma produced on the boron surface. Efficient third-harmonic generation was also observed in beryllium plasma using femtosecond pulses of Ti:sapphire laser radiation (λ = 790 nm) and its second harmonic (395 nm). We could tune the higher harmonics generation spectrum by tuning the crystal converter when using 395-nm radiation to be converted. It is shown that, in plasmas formed on targets with small Z, the conversion efficiency and limiting generated harmonic order depend on the delay between the ablation pulse and the pulse to be converted.     

空气中激光等离子体通道的三次谐波光谱特性研究

对不同条件下强激光在空气中形成等离子体通道的三次谐波光谱特性进行了研究。单脉冲能量12 mJ,脉宽30 fs,重复频率10 Hz,中心波长795 nm的飞秒激光脉冲经0.5 m焦距的凹面镜聚焦,在空气中形成了等离子体通道, 并在前 向观测到谱线半峰全宽（FWHM）为15 nm的三次谐波。随着脉冲啁啾的变化,三次谐波的光谱出现红移或兰移,当激光脉冲附带+1.3×105fs2的二阶色散时,三次谐波谱线红移且谱峰强度增长了两倍。同时 ,通过改变可编程声光色散滤波器（AOPDF）光谱调制的位置（Hole position）,三次谐波的光谱也发生频移。     

Generation of strong coherent extreme ultraviolet radiation from the laser plasma produced on the surface of solid targets

We demonstrate the generation of high harmonics (up to the 65th order, λ=12.24 nm) of a Ti:sapphire laser radiation after the propagation of femtosecond laser pulses through the low-excited plasma produced by a picosecond prepulse radiation on the surface of different targets. High-order harmonics generated from the surface plasma of most targets showed a plateau pattern. It is assumed that the harmonic generation in these conditions occurs due to the interaction of the femtosecond pulses with the ions. The conversion efficiencies at the plateau region were varied between 1×10^-7 to 8×10^-6, depending on the target. The main contribution to the limitation of harmonic generation efficiency and cutoff energy was attributed to the self-defocusing of main pulse. A considerable restriction of the 27th harmonic generation was observed at different focusing conditions in the case of chromium plasma. Our observation of the resonance-induced enhancement of a single harmonic (λ=61.2 nm) at a plateau region with the efficiency of 8×10^-5 in the case of In plasma can offer some expectation that analogous processes can be realized in other plasma samples in the shorter wavelength range where the highest harmonics were achieved. PACS 42.65.Ky; 52.35.Mw; 52.38.-r     

等离子体密度对激光拉曼放大机理的影响

等离子体中的背向拉曼散射机理可以用来产生超短超强的激光脉冲. 本文采用粒子模拟方法模拟研究了等离子体密度对激光拉曼放大过程的影响. 研究发现, 过低的等离子体密度会导致等离子体波提前波破而降低能量转换效率; 而过高的等离子体密度又会导致其他不稳定性的快速增长, 限制作用距离和输出能量. 因此, 拉曼放大机理的最佳等离子体密度应处于等离子体波破的密度阈值附近, 可以获得最高的能量转换效率和能量输出. 另外, 空间频谱分析显示放大激光的强度饱和主要来自于自相位调制不稳定性的发展. 利用10¹³ W·cm^-2的抽运激光脉冲, 模拟证实拉曼放大机理可有效地将种子激光的强度从10¹³ W·cm^-2 放大到10¹⁷ W·cm^-2, 脉宽压缩到40 fs, 且能量转换效率达到58%.     

强场高次谐波辐射过程中的相位匹配

从实验上定性地研究了强 辐射过程中位相匹配的作用与影响,主要通过改变气体密度、激光强度和光束的共焦参数来研究相位对高闪谐波辐射的影响。从改善高次谐波辐射过程中的相位匹配来考虑,气体攻激光强度都有一最佳值。利用大的共焦参数,可以明显改善相位匹配,提高谐波输出的转换效率。