高次谐波辐射发射特性研究

报告由不同脉冲宽度(半高宽,FWHM)和不同载波-包络相位(CEP,Φ)的激光产生的高次谐波辐射能量输出时间特性即发射特性的研究结果. 计算表明,由宽度为几个周期的激光产生的高次谐波辐射的截止能量明显低于由无限长脉冲宽度激光产生的截止能量ω_max=3.17U_p+I_p(其中ω_max为光子角频率,U_p和I_p分别为激光有质动力势和原子的电离能). 例如,由两周期(FWHM),Φ＝15°的激光产生的高次谐波辐射的截止能量为ω_max=2.90U_p+I_p,此时发射特性单脉冲(即分布单脉冲)具有最大的能量带宽0.86U_p. 脉冲中心位置的载波相位和时间宽度分别为0.94rad(弧度)和1.29rad. 而该激光脉冲在Φ＝-75°时能产生截止能量为ω_max=2.70U_p+I_p,最大能量带宽为0.70U_p的双分布脉冲,其中心位置分别为-0.58rad和2.43rad,宽度分别为1.22rad和1.33rad. 随着激光脉冲宽度的增加,分布单脉冲的能量带宽比时间宽度下降得更快. 对于一定宽度的激光脉冲,所产生的分布单脉冲的能量带宽和时间宽度的CEP依赖性显示出180°的周期结构. 利用这个有趣的特点,在实验上可以通过调节CEP来选择分布脉冲的能量参数,也可用来定位和控制阿秒脉冲的时间参数. 理论分析指出,只要选择合适的阿秒X射线能量带宽,CEP不稳定性对于光电子谱和测量结果的影响将大为降低,甚至在最大程度上消除这种影响. 这些研究结果不仅有助于在物理上深入了解高次谐波辐射的动力学过程,而且对于进一步在实验上优化和选择阿秒单脉冲和双脉冲具有重要的参考和指导意义. 关键词： 高次谐波产生 鞍点方法 谐波发射特性 分布脉冲     

利用低频场控制轨道直接产生低于50阿秒的单个脉冲

提出一种直接得到脉宽小于50as的单个脉冲的新方法.利用波长为800nm脉宽为5fs的超短脉冲叠加上波长为10μm,强度为超短脉冲强度的10％且脉宽足够长的低频场脉冲驱动氦原子,谐波谱可以拓展到I_p+8.2U_p,同时,高于4.2U_p的谐波几乎是连续的.如果继续调节超短脉冲的载波包络相位,超连续谱可以继续拓宽,从而可以得到低于50as的单个脉冲. 关键词： 阿秒脉冲 超连续谱     

Investigation of the diocotron instability of an infinitely wide sheet electron beam by using the macroscopic cold-fluid model theory

This paper investigates the diocotron instability of an infinitely wide relativistic sheet electron beam in conducting walls propagating through a uniform magnetic field by using the macroscopic cold-fluid model theory. Assuming low-frequency perturbations with long axial wavelengths, the eigenvalue equation and the dispersion relation are acquired for a sheet electron beam with sharp boundary profile and uniform density. The results presented in this paper has developed the use of the macroscopic cold-fluid model theory by extending the parameter of the electron cyclotron frequency ω_c to a wider usage range, which is restricted to be much larger than the plasma frequency ω_p in the previous research work. Theoretical analyses and numerical calculations indicate that the transport of the sheet electron beam will be completely stabilized by augmenting the normalized beam thickness to a conductor gap larger than a threshold λ_b, which is greatly dependent on the parameter ω_c/ω_p. The larger ω_c/ω_p is, the smaller λ_b will be needed. Moreover, the system parameters, including the wave number k_x of the perturbations and the relativistic mass factor γ_b, will also influence the growth rate of diocotron instability obviously.     

Aq++H碰撞中的电荷转移

利用CTMC方法计算C^q+,N^q+,O^q+与H原子的碰撞过程的截面.入射粒子的能量范围为10~250keV/amu,离子为部分电离和完全电离的离子.给出了十二个耦合的Hamilton运动方程.用六个伪随机数确定粒子的轨道. A^q+离子和作用电子的势为模型势,其他两个势为纯库仑势。在计算中,需要2000个以上的轨道.引入约化变量σ_tr=σ_tr/q,E=E/q^1/2,得到了q标度的俘获截面,这些截面数据都集中在一条曲线附近.计算结果与其他理论计算结果作了比较,它们符合得很好.     

中低能非全裸C离子与He原子的碰撞研究

采用反冲离子飞行时间-散射离子位置灵敏符合测量技术，测量了能量范围在0.7v₀—4.4v₀(v₀为玻尔速度)的碳离子C^q+(q=1—4)与He原子碰撞过程不同出射道靶原子的双电离与单电离截面比R，包括入射离子不损失电子(直接电离)的出射道(R_q,q),入射离子俘获一个电子的出射道(R_q,q-1)和入射离子损失一个电子的出射道(R_q,q+1)，并研究了R随入射C离子的能量及电荷态的变化关系.实验表明，对给定电荷态的入射离子，靶原子的双电离与单电离截面比R与出射道有很强的依赖关系，即R_q,q<R_q,q+1<R_q,q-1.直接电离出射道截面比R_q,q与入射离子电荷态几乎无关，而入射离子俘获一个电子的出射道和损失一个电子的出射道靶原子双电离与单电离截面比R_q,q-1和R_q,q+1却与入射离子电荷态有很强的关系.采用原子极化理论和电子屏蔽与反屏蔽作用对实验结果进行了解释. 关键词： 离子-原子碰撞 电离 截面比     

双色场诱导气体产生相干可控的四次谐波

利用钛宝石飞秒激光器输出的基频脉冲ω及其倍频脉冲2ω所构成双色场作用空气, 实验中检测到了中心波长处于真空紫外波段的四阶谐波. 在气体未发生电离的情况下, 四次谐波强度对双色场的能力依赖关系显示其产生是参量过程2ω+ω+ω→4ω的贡献. 当气体发生电离, 四次谐波强度与双色场相对相位有关, 可通过双色场相干控制. 实验研究了四次谐波对双色场相位的依赖性以及与太赫兹波的关联性, 其结果与数值模拟结果相符, 分析发现当气体发生电离时四次谐波的产生过程存在太赫兹辐射Ω_THz的参与, 是参量过程2ω+2ω±Ω_THz→4ω和2ω+ω+ω→4ω的共同贡献.     

非传统超导PuCoGa5晶体结构和电子性质的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波方法（FLAPW）,采用局域自旋密度近似（LSDA）及LSDA+U方法报道了Pu基超导体系PuCoGa₅的晶格参数,原子占位和电子性质.LSDA+U方法不仅考虑Pu-5f而且考虑了Co-3d的库伦排斥作用U和Hund交换相关作用J.结果表明LSDA+U在同时考虑Pu和Co的强关联作用时晶格参数和原子占位与相关理论和实验数据吻合较好,特别是PuCoGa₅中Pu-5f的强定域特征尤其是自旋向下的电子.此外,Pu-5f与Co-3d电子的轨道杂化明显强于Ga-4p电子.     

量子Generalized Reed-Solomon码

构造出了一族量子纠错码,这族码具有参数［［n,n-2k,k+1］］_q,是q维量子系统上的码,q是任意素数的幂.这族码的最小距离达到了理论上限,因此,以码距来说,它是最优的.证明了当2≤n≤q或者q²-q+2≤n≤q²时,码都是存在的. 关键词： 量子Generalized Reed-Solomon码 量子MDS码 量子纠错码 量子信息     

二氧化铀电子结构和弹性性质的第一性原理研究

本文采用第一性原理的方法系统研究了UO₂的晶体结构、电子结构和弹性性质. 在计算中采用广义梯度近似结合Hubbard U项描述电子的局域强关联效应. 首先通过计算能带带隙大小并与理论值比较的方法, 得到了合理的有效库仑相关作用能(U_eff)的取值, 同时通过态密度的计算, 进一步验证了U_eff取值的合理性. 计算得到UO₂中U原子的U_eff值为3.30 eV (U_eff=U-J, U=3.70 eV, J=0.40 eV). 应用此参数计算得到的UO₂晶格常数为5.54 Å, 带隙宽度为2.17 eV. 该结果优于目前现有的研究结果, 同时在同样的U_eff值条件下计算所得到的弹性常数与实验值也符合得较好. 相较于之前的基于实验测量并分析得到的U_eff值, 我们所采用的方法在对UO₂性质描述上更为准确. 不同的有效库仑相关作用能取值下的态密度结果表明, 有效库仑相关作用能的大小可以影响铀原子5f电子轨道的分布.     

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     

A nonperturbative quantum electrodynamic approach to the theory of laser induced high harmonic generation

Using nonperturbative quantum electrodynamics, we develop a scattering theory for high harmonic generation (HHG). A transition rate formula for HHG is obtained. Applying this formula, we calculate the spectra of high harmonics generated from different noble gases shined by strong laser light. We study the cutoff property of the spectra. The data show that the cutoff orders of high harmonics are greater than that predicted by the “3.17” cutoff law. As a numerical experiment, the data obtained from our repeated calculations support the newly derived theoretical expression of the cutoff law. The cutoff energy of high harmonics described by the new cutoff law, in terms of the ponderomotive energy U_p and the ionization potential energy I_p, is 3.34U_p+ 1.83I_p. The higher cutoff orders predicted by this theory are due to the absorption of the extra photons, which participate only the photon-mode up-conversion and do nothing in the photoionization process.     

Effective activation energy Ue(T,J,H) in textured Bi1.84Pb0.4Sr2Ca2Cu3Oy silver-clamped thick films

We have measured the resistivity of textured Bi_1.84Pb_0.4Sr₂Ca₂Cu₃O_y silver-clamped thick films as a function of temperature, current density ranging from 10 to 1×10³ A/cm² and magnetic field up to 0.3 T. We find that the effective activation energy U_e follows U_e(T,J,H)=U₀(1−T/T_p)^mln(J_c0/J)H⁻ with m=1.75 for Hab-plane and 2.5 for Hc-axis and =0.76 for Hab and 0.97 for Hc, for the current density regime above 100 A/cm², where T_p is a function of applied magnetic field and current density. This result suggests the effective activation energy U_e be correlated with the temperature, current density and magnetic field. The possible dissipative mechanisms responsible for the temperature, current density and magnetic field dependence of the effective activation energy are discussed.     

On the cutoff law of laser induced high harmonic spectra

The currently well accepted cutoff law for laser induced high harmonic spectra predicts the cutoff energy as a linear combination of two interaction energies, the ponderomotive energy U_p and the atomic biding energy I_p, with coefficients 3.17 and 1.32, respectively. Even though, this law has been there for twenty years or so, the background information for these two constants, such as how they relate to fundamental physics and mathematics constants, is still unknown. This simple fact, keeps this cutoff law remaining as an empirical one. Based on the cutoff property of Bessel functions and the Einstein photoelectric law in the multiphoton case, we show these two coefficients are algebraic constants, 9 - 42≈ 3.34 and 22- 1 ≈ 1.83, respectively. A recent spectra calculation and an experimental measurement support the new cutoff law.     

不同核轴取向的O2的高次谐波

分子的高次谐波是强场超快物理的重要研究课题. 采用建立在形式散射理论基础上的频域方法计算了O₂在线偏振激光场下的高次谐波, 探讨了核轴被准直在与激光传输方向垂直的平面内时, 高次谐波随核轴与光电场偏振方向所成夹角θ₀的依赖关系. 结果表明: 各次谐波都是在θ₀约为45°时强度最大, 并有较宽的峰值宽度; 当偏离此角度, 高次谐波的强度变小; 到达平行或垂直取向时, 降到最低. 分析表明, 这是由于高次谐波的强度取决于分子基态的电子在动量空间中的电场方向的布居. 针对核轴被准直在激光传输方向与电场偏振方向所确定的平面内的情况, 计算了高次谐波随θ₀的依赖关系, 结果与前一种情况基本相同. 分析发现, 当核轴被准直固定后, 分子绕核轴旋转的角度ψ没有固定, 所以最后的高次谐波强度需要对不同的ψ 时的高次谐波的贡献求和平均. 平均后相当于波函数相对于核轴旋转对称, 从而导致O₂的高次谐波仅与θ₀有关, 而与核轴被准直在哪个面上无关.     

Infrared spectroscopy of adsorbates on low-area surfaces; The advantages of a photons-in photons-out technique

The technique of double modulation infrared spectroscopy permits the simultaneous measurement of (I_p - I_s) and (I_p + I_s) where I_p and I_s are the intensities of radiation polarized parallel and perpendicular to the plane of incidence at the sample. This particular technique allows the infrared spectrum of a surface adsorbate to be measured in the presence of substantial quantities of bulk-phase adsorbant. We have used this technique to study the infrared spectra of NO and CO adsorbates on Pt surfaces and of CO adsorbates on a Pt electrode surface in the presence of 1 M H₂SO₄. The results of these studies shed new light on the origin of the well established wavenumber shifts which are associated with structural changes in the adlayers formed from simple diatomic molecules.     

A reduced hamiltonian model for U(∞) gauge theories

A reduced version of the Kogut-Susskind gauge theory is presented for U(∞) gauge theories. The reduced hamiltonian , where V_ij=trU_iD_iD_jD_j(U_iD_j) ⁺ (U_iD_j)⁺, is obtained by representing the group of space translations in the diagonal part of U(∞) U(∞). The space of states is invariant to the reduced gauge transformation U_i→ωU_iD_iω⁺D_i⁺ and the scalar product carries a gauge invariant constraint on U_i The hamiltonian is also expr essed in terms of the string variables of Bars. We present the linear potential between static quarks at strong coupling and sketch the weak coupling expansion.     

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.     

Xe~(53+)离子与Xe原子碰撞过程中的辐射电子俘获和辐射退激发光谱的理论研究

基于多组态Dirac-Fock方法和密度矩阵理论,系统地研究了在197 Me V/u的碰撞能量下,Xe~(53+)离子与Xe原子的辐射电子俘获过程(REC)以及电子被俘获到激发态后辐射退激发产生的特征谱线.计算了炮弹Xe~(53+)离子俘获电子到不同壳层np_(1/2,3/2)(n=2—5)的总截面与相应的REC光子能量和角分布,以及由激发组态1snp_(1/2,3/2)(n=2—5)J_f=1向基态1s~2Jd=0辐射退激发的跃迁能量、跃迁概率和特征光子的角分布和线性极化度.计算结果表明,辐射光子具有显著的角各向异性特征.此外,1snp_(3/2)J_f=1→1s~2J_d=0退激发特征光子也显示出很强的线性极化和角各向异性特征,而1snp_(1/2)J_f=1→1s~2J_d=0退激发特征光子的线性极化度趋于零并且角分布也趋于各向同性.