激光与相对论电子束相互作用中阿秒X射线脉冲的产生

本文对激光与相对论电子束相互作用产生的阿秒X射线脉冲进行了研究.阿秒X射线脉冲是由于激光被相对论运动的电子束经过汤姆孙后向散射产生的.讨论了等离子体参数对产生的阿秒X射线的影响.发现其波长随着入射激光的频率的增加或电子束的速度增加而减小.选择合适的参数还可以获得"水窗"波段的X射线.还讨论了相对论电子束的密度与其前沿的密度梯度的大小对所产生X射线的转化效率的影响. 关键词： 阿秒X射线脉冲 汤姆孙后向散射 超强激光 相对论电子束     

激光脉冲绝对相位对产生阿秒脉冲的影响

在用超短激光脉冲产生和测量阿秒脉冲的过程中，绝对相位成为一个非常重要的影响因素。讨论了绝对相位对阿秒脉冲的产生和激光振荡的关系的影响，发现高次谐波的产生过程非常稳定，阿秒脉冲和驱动它的激光振荡之间的稳定的相位关系并不会受绝对相位的随机性的破坏，从而为采用交叉相关技术直接测量由强场原子高次谐波过程产生的阿秒脉冲宽度提供了理论依据，正确解释了文献[13]上报道的实验结果。     

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     

超相对论强度激光与薄膜靶作用中0.4 nm以下X射线阿秒脉冲的产生

用一维粒子模拟程序对功率密度在10²² W/cm²以上的超强激光驱动薄膜靶产生的相对论电子层及其经过汤姆孙散射产生的阿秒X射线进行了研究. 结果表明, 在超相对论强度范围下增大驱动激光强度, 相应减小等离子体密度及厚度可使电子层获得更高纵向动量, 使汤姆孙散射光明显向更短波长移动. 优化相关参数得到了波长为 1.168 nm的阿秒脉冲. 经过对倍频探测光方案与驱动光以及薄膜靶参数进行综合考虑和优化, 得到的X射线相干辐射波长有效减小到0.4 nm以下, 产生的光子能量达到2 keV以上. 关键词： 超相对论强度激光 阿秒X射线 相对论电子层 汤姆孙后向散射     

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     

三色圆偏振激光组合脉冲驱动氦原子产生椭圆偏振的阿秒脉冲

我们提出利用频率为ω,3ω和强度较弱的2ω组成的三色圆偏振激光组合脉冲驱动氦原子能够得到椭偏率较大的阿秒脉冲链的一种方法 .通过强场近似方法,计算了氦原子在两色和三色圆偏振激光组合脉冲驱动下发射高次谐波谱及其合成阿秒脉冲链,比较了氦原子(初态为s态)在这两种情况下发射高次谐波谱的特点及其合成阿秒脉冲链椭偏率的大小,结果发现,在反旋的两色ω,3ω激光脉冲基础上加入了频率为2ω的第三色激光脉冲联合作用到氦原子上,所得到的阿秒脉冲链的椭偏率相对于双圆场情况下有所增加,通过调整ω,3ω激光的强度比,并且选择适当的第三色激光的强度,对初态为s态的原子,仍能够得到具有较大椭偏率的阿秒脉冲链.     

三色圆偏振激光组合脉冲驱动氦原子产生椭圆偏振的阿秒脉冲

我们提出利用频率为ω,3ω和强度较弱的2ω组成的三色圆偏振激光组合脉冲驱动氦原子能够得到椭偏率较大的阿秒脉冲链的一种方法.通过强场近似方法,计算了氦原子在两色和三色圆偏振激光组合脉冲驱动下发射高次谐波谱及其合成阿秒脉冲链,比较了氦原子(初态为s态)在这两种情况下发射高次谐波谱的特点及其合成阿秒脉冲链椭偏率的大小,结果发现,在反旋的两色ω,3ω激光脉冲基础上加入了频率为2ω的第三色激光脉冲联合作用到氦原子上,所得到的阿秒脉冲链的椭偏率相对于双圆场情况下有所增加,通过调整ω,3ω激光的强度比,并且选择适当的第三色激光的强度,对初态为s态的原子,仍能够得到具有较大椭偏率的阿秒脉冲链.     

飞秒激光驱动X射线源中超热电子与靶相互作用研究

飞秒激光与靶相互作用产生超热电子,随后超热电子与靶原子碰撞,通过kα、kβ等散射过程,可辐射高亮度、飞秒级X射线,在原子与分子物理、生物及医学等领域均有广泛的应用前景.论文首先对飞秒激光驱动X射线源的发展进行简要叙述,然后对X射线源中的超热电子与靶相互作用进行研究.超热电子的产生由靶材对光脉冲的非碰撞吸收机制决定,X射线的产生由超热电子决定.研究超热电子、靶参数对X射线产额的影响,确定最佳参数值,可指导驱动激光脉冲参数的选择,以获得更大的X射线光子产额.使用蒙特卡洛模拟方法可研究超热电子动能及入射角、靶材(Cu靶)厚度对靶材上、下表面X射线辐射光子产额的影响,分析确定最佳超热电子动能及最佳靶厚.驱动激光强度与超热电子动能的定标关系表明：需要合理选择驱动激光参数,使真空加热机制主导超热电子产生过程,以在合适的激光脉冲强度下获得最大X射线光子产额.     

利用两色红外组合场驱动氦原子产生单个阿秒脉冲

利用数值求解原子在强激光场中的含时薛定谔方程,对一维氦原子处于两色红外组合场中产生的高次谐波进行了研究,研究发现,在组合场驱动下,谐波谱的截止位置可以拓展到Ip+5.7Up,从而得到脉宽较短的多个阿秒脉冲,通过改变两束激光的相位延迟,最终得到了33.8as的单个脉冲.进一步利用小波变换分析了阿秒脉冲的发射特征,发现单个阿秒脉冲实现是对电子长路径抑制的结果.     

传播效应对宽带极紫外连续谱的影响

宽带极紫外连续谱是获得阿秒脉冲的重要途径,在此过程中传播效应是影响宽带极紫外连续谱产生的重要因素,本文针对传播效应对宽带极紫外连续谱的影响,采用慢变波近似的一阶传播方程,研究了传播过程对双色场周期量级激光脉冲产生宽带连续谱及其对应的单个阿秒脉冲的影响.通过分析不同聚焦位置和介质长度的传播过程,发现介质位于焦点之后有利于产生连续谱,同时随着介质长度的变长,虽然单个阿秒脉冲峰值强度有所提高,但是产生的阿秒脉冲宽度也会增加.进一步的分析表明,在特定的双色场延迟优化下,传播效应不仅使得阿秒脉冲强度增强,还可以获得与单原子模型下具有同样脉宽的单个阿秒脉冲,而不会因为传播效应导致阿秒脉冲宽度变宽.     

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.     

周期量级激光脉冲的Thomson散射

用经典辐射理论对线偏振周期量级激光脉冲的线性Thomson散射进行分析，从理论上得到它可产生亚阿秒脉冲的结论. 计算显示，在电子相对论因子为50、激光脉冲中心波长为1μm、归一化光场强度为0.01的情况下，用包含1.5个光周期的激光脉冲，可获得0.2as(半高全宽)的散射脉冲输出. 还对光场载波包络初相φ_ce和电子进入光场的初相φ_in对散射脉冲的影响作了分析讨论，结果表明，在适当的φ_ce和φ_in条件下，能实现单个阿秒脉冲输出，并可对脉冲宽度和频率进行调谐. 关键词： 线性Thomson散射 周期量级激光脉冲 载波包络初相 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。     

Single attosecond pulse generation from asymmetric molecules with a multicycle laser pulse

A new scheme for single attosecond pulse generation from asymmetric molecules with a multicycle laser pulse is proposed. It is shown that both even and odd harmonics are generated from the asymmetric molecules, and the attosecond pulses are produced every full cycle of the driving laser field rather than each half-cycle. By filtering the harmonics in the cutoff of the spectrum, a single attosecond pulse can be obtained with a multicycle laser pulse with a duration of 2 times longer than the few-cycle pulse conventionally used.     

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.     

阿秒脉冲测量的研究进展

对于发生在原子范围内的电子动力学过程的观测需要阿秒量级的时间分辨率.理论和实验研究都已证明,用周期量级超短脉冲直接泵浦的高次谐波过程可以产生阿秒脉冲序列甚至单个的阿秒脉冲,将阿秒脉冲用于测量超快动力学过程之前先要对阿秒脉冲本身性质做出描述,传统的自相关方法和互相关方法不能直接推广到阿秒量级超短脉冲的测量.文章详细介绍了近几年发展起来的阿秒脉冲测量方法,分析了它们的分辨极限和局限性.     

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     

Reconstruction of attosecond pulse trains using an adiabatic phase expansion

We propose a new method to reconstruct the electric field of attosecond pulse trains. The phase of the high-order harmonic emission electric field is Taylor expanded around the maximum of the laser pulse envelope in the time domain and around the central harmonic in the frequency domain. Experimental measurements allow us to determine the coefficients of this expansion and to characterize the radiation with attosecond accuracy over a femtosecond time scale. The method gives access to pulse-to-pulse variations along the train, including the timing, the chirp, and the attosecond carrier envelope phase.     

Ultra-broadband supercontinuum generation with a nonlinear chirped pulse for controlling quantum path

We theoretically investigate the high-order harmonic generation in helium atom driven by a nonlinear chirped laser pulse with few-cycle duration. By employing appropriate chirp to the driving pulse, an efficient electric field waveform of controlling quantum path for ultra-broadband supercontinuous harmonics is realized, and then an isolated sub-50 as pulse with bandwidth of 739 eV can be significantly obtained.