等离子体密度标长对高次谐波转换效率的影响

通过等离子体粒子模拟研究了在强激光与等离子体相互作用产生高次谐波的过程中,等离子体密度标长对转换效率的影响,计算了在不同密度标长下p偏振非相对论强度激光与高密度等离子体相互作用产生高次谐波的转换效率,发现等离子体密度标长对转换效率有重要的影响,这种影响与谐波级次,等离子体密度,激光脉冲宽度有关。     

不同偏振态下的飞秒激光脉冲与铝靶相互作用中超热电子的产生

研究了P偏振、S偏振和圆(C)偏振态下亚相对论强度飞秒激光脉冲与铝靶相互作用时产生的超热电子的能谱和靶背向角分布，并对S偏振产生的超热电子的特殊角分布通过引入表面磁场的概念进行了定性解释. 关键词： 超短超强激光 等离子体 超热电子 表面磁场     

等离子体光栅靶的表面粗糙度对高次谐波产生的影响

极紫外光和软X射线由于其波长和脉冲持续时间极短,可用于超快物理过程和物质微观结构的探测.最近几年,研究人员发现激光和等离子体相互作用可以产生持续时间极短(阿秒)且相干性较好的高次谐波辐射,其波长可接近甚至达到水窗波段.然而,实验研究指出,理论上应出现的一些谐波在实验中并没有出现.本文针对超短超强激光与非理想条件下的等离子体光栅靶相互作用产生高次谐波的物理过程进行了理论分析和粒子模拟.研究结果表明,等离子体光栅的周期性结构对于高次谐波的频谱和辐射角分布存在显著调制效果.光栅靶表面粗糙度直接影响光栅的光学调制效果,改变高次谐波的频谱分布和辐射角分布.理想光栅条件下,满足光栅匹配条件的特定阶数谐波明显获得增强,且辐射张角集中在平行靶面的方向.靶表面粗糙度的出现,导致光栅匹配条件失效,高次谐波能量向各阶分散且辐射张角逐渐偏离靶表面方向.研究结果较好地解释了实验中观测到的谐波频谱分布,为进一步的研究提供了一定参考.     

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     

激光与固体靶相互作用中低密度预等离子体对高能电子产生的影响

 对线极化、圆极化的超短超强激光脉冲与靶前有一段低密度预等离子体的固体靶的相互作用进行了理论和粒子模拟研究。激光通过有质动力加速机制加速预等离子体中的电子，研究了电子获得的最大能量随激光强度和预等离子体密度的变化。当激光脉冲与靶直接作用时，靶中的电子由于J×B机制而得到加速，所获得的能量比预等离子体中电子低。研究表明，在超短超强激光脉冲与固体靶相互作用中，预等离子体的存在有利于高能电子的产生。     

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     

脉冲激光偏振方向对氮分子高次谐波的影响——基于含时密度泛函理论的模拟

采用含时密度泛函方法,结合赝势模型和电子交换相关作用的广义梯度近似,模拟了氮分子在超强飞秒激光脉冲作用下的高次谐波产生现象,并研究了激光脉冲偏振方向对氮分子高次谐波的影响.结果表明氮分子的高次谐波谱具有典型原子谐波谱的特征;谐波谱强度随着θ(激光偏振方向与分子轴向夹角)的增大而减小.这与J.Itatanl在Nature上报道的实验结果基本一致.     

脉冲激光偏振方向对氮分子高次谐波的影响－－基于含时密度泛函理论的模拟

采用含时密度泛函方法，结合赝势模型和电子交换相关作用的广义梯度近似，模拟了氮分子在超强飞秒激光脉冲作用下的高次谐波产生现象，并研究了激光脉冲偏振方向对氮分子高次谐波的影响.结果表明氮分子的高次谐波谱具有典型原子谐波谱的特征；谐波谱强度随着θ(激光偏振方向与分子轴向夹角)的增大而减小.这与J.Itatanl在Nature上报道的实验结果基本一致. 关键词： 含时密度泛函理论 激光偏振方向 高次谐波 氮分子     

脉冲激光偏振方向对氧分子高次谐波的影响——基于含时密度泛函理论的模拟

采用含时密度泛函方法,结合赝势模型和电子交换相关作用的广义梯度近似,模拟了氧分子在超强飞秒激光脉冲作用下的高次谐波产生现象,并研究了激光脉冲偏振方向对氧分子高次谐波的影响.结果表明氧分子的高次谐波谱具有典型原子谐波谱的特征;当θ=45°(激光偏振方向与分子轴向夹角)时,谐波谱强度最大.这与文献报道的实验结果基本一致.     

强激光和超薄等离子体薄膜相互作用产生高次谐波

通过一维粒子（particle in cell,简称PIC）模拟，研制了超薄等离子体薄膜在两列旋转方向相反的圆偏振激光脉冲作用下的高次谐波辐射。在10^21W/cm^2强度的激光作用下，可以获得200次以上的高次谐波。当激光脉冲宽度较短时，由于等离子体薄膜被压缩所导致的多普勒频移对高次谐波产生了显著的频率调制。而这种多普勒频移可以通过对抽运光脉冲引入频率啁啾来补偿。     

Controlling the divergence of high harmonics from solid targets: a route toward coherent harmonic focusing

Harmonic generation from relativistically oscillating plasma surfaces formed during the interaction of high contrast lasers with solid-density targets has been shown to be an efficient source of extreme ultraviolet (XUV) and X-ray radiation. Recent work has demonstrated that the exceptional coherence properties of the driving laser can be mirrored in the emitted radiation, permitting diffraction limited performance and attosecond phase locking of the harmonic radiation. These unique properties may allow the coherent harmonic focusing (CHF) of high harmonics generated from solid density targets to intensities on the order of the Schwinger limit of 10²⁹ W cm^-2 with laser systems available in the near future [Phys. Rev. Lett. 93, 115002 (2004)] and thus pave the way for unique experiments exploring the nonlinear properties of vacuum on ultra-fast timescales. In this paper we investigate experimentally as well as numerically the prospect of focusing high harmonics under realistic experimental conditions and demonstrate, using particle in cell (PIC) simulations, that precise control of the wavefronts and thus the focusability of the generated harmonics is possible with pre-shaped targets.     

Theory of the interaction of intense laser radiation with magnetoactive plasma

Analytical expressions for the density of magnetoactive plasma perturbed by circularly polarized relativistically strong laser radiation are obtained.     

线偏振激光场中分子高次谐波椭偏率的调控

高次谐波椭偏率的调控为人们研究磁性材料和手性介质中的超快动力学过程提供了有效途径.本文理论研究了线偏振激光脉冲驱动下,H₂~+和H₃²⁺分子高次谐波的偏振特性及阿秒脉冲产生.结果表明当取向角为0~o时,H₂~+分子谐波的椭偏率几乎为0,而H₃²⁺分子谐波具有较大椭偏率,这是由于分子轨道对称性决定的.通过改变取向角的大小,可以调控高次谐波强度以及谐波椭偏率大小,为产生椭偏XUV脉冲提供了手段.同时,发现椭偏率较大的谐波阶次对应的谐波强度较小,分析表明分子的双中心干涉效应对椭偏率有很大的影响.对于H₂~+和H₃²⁺分子,分别合成了椭偏率为0.75和0.55的椭圆偏振阿秒脉冲.这种大椭偏XUV脉冲的产生为高次谐波在材料与生物科学领域提供了重要应用.     

Time-energy properties of an attosecond extreme ultra-violet pulse

The time-energy properties of high-order harmonic generation (HHG) are calculated for a linearly polarized 7-fs laser pulse with different carrier-envelope phases (CEPs). The quantum trajectory paths that contribute to an as (1 as=10-18 s) pulse in HHG are identified. The laser-duration dependence and the CEP dependence of HHG energy property are investigated. The study shows that an as extreme ultra-violet (XUV) pulse can be selected from HHG spectrum near cut-off energy with a bandpass optical filter. The theoretical prediction of the pulse duration is proportional to bandwidth. Analysis suggests that a measured narrowband as XUV pulse may consist of instantaneous shorter pulses each dependent on laser pulse duration, intensity, and CEP. These information can be used as references for producing, selecting, improving and manipulating (timing) as pulses.     

High field physics and extreme nonlinear optics

Despite the fact that high order harmonic generation (HHG) aims at serving as a table-top light source for imaging applications with extremely high spatial resolution, a general lack of accurate conversion efficiency measurements exists in the field. Here, we present such a measurement for a HHG setup with a semi-infinite gas cell. By combining measurements with a calibrated photodiode sensitive in the extreme ultra-violet (XUV) and spatially resolved spectral measurements of HHG spectra, we are able to determine conversion efficiencies of the HHG process as well as brilliance values for individual harmonics. The method is explained in detail and applicable to any target geometry.     

红外激光场中共振结构原子对极紫外光脉冲的压缩效应

通过数值求解一维原子的含时薛定谔方程, 研究了具有共振结构的原子在双色场(红外激光(IR)+极紫外光(XUV)) 驱动下发射高次谐波的特征. 研究结果表明, 具有共振结构的原子所发射的高次谐波与无共振结构原子(简称为一般原子)发射的高次谐波有明显不同, 共振结构的原子除了在某一能量附近(原子的共振能量+电离能)高次谐波的强度有很大提高外, 它还对XUV光的响应较一般原子表现得更为敏感, 即使XUV光的强度较弱, 也能够明显提高XUV光脉冲中心频率附近的谐波强度, 更重要的是通过调节双色场的时间延迟, 能使输入的XUV光的脉宽得到明显的压缩, 通过时间-频率分析给出了发生这种现象的原因. 由此提出了通过滤波-连续反馈的方式可使XUV光的脉冲从200 as压缩至120 as左右.     

Exploration of High-Harmonic Generation from the CS_2 Molecule by the Lewenstein Method in Two-Color Circularly Polarized Laser Field

The high harmonic generation(HHG) from the CS_2 molecule in intense laser fields is investigated using the extended Lewenstein method. The initial state is the highest-occupied molecular orbital of the CS_2 molecule,which can be well described by Gaussian wave packet using GAMESS-UK package. Compared with the case of the elliptical laser, the HHG can be extended in two-color circularly polarized laser field. The time-frequency analysis and classical electron trajectory as well as the ionization yield curve are also presented to further explain the underlying mechanism. After adding a static electric field on the z-direction, the single quantum path control is realized and the supercontinuum spectra are obtained. Moreover,an isolated 110 as pulse can be obtained by superposing the harmonics from 130 th to 180 th order.     

圆偏振激光脉冲附加静电场或太赫兹场时H2+高次谐波产生

本文通过数值求解二维含时薛定谔方程理论的研究了圆偏振激光脉冲(circularly polarized laser pulse, CPLP)作用下H2+的高次谐波产生(high-order harmonic generation, HHG)。通过对比CPLP附加静电场和CPLP附加太赫兹场(terahertz, THz)时的高次谐波发射谱发现,当在CPLP的方向附加静电场时,谐波谱出现双平台结构,且布满调制,通过电子波包概率分布图像发现,电子三次与母核复合,量子轨道之间产生了较严重的干涉。当附加相同强度的THz场时,电子仅两次与母核复合,量子轨道之间的干涉减少,最终得到了86eV到208eV带宽为122eV的连续谱,相比于附加静电场,谐波谱变得连续且平滑,实现了量子轨道调控。最后,利用半经典三步模型、时频分析和电离几率等对谐波发射物理机制进行了深入研究。     

利用原子的塞曼光谱对半导体激光器进行稳频

中性原子的超精细能级在磁场中产生塞曼分裂 ,另外 ,左旋和右旋圆偏振光激发下原子的跃迁选择定则不同 ,因此 ,原子在超精细塞曼能级间的吸收谱峰相对无磁场条件下的吸收谱峰有一定的移动。利用这一点 ,验证了一种简单、灵活的方法对半导体激光器进行稳频 ,使激光器的线宽稳到小于 1MHz。通过对实验结果的分析 ,发现由左旋和右旋圆偏振光激发引起的原子吸收谱峰移动之和与饱和吸收峰半高宽相等时 ,稳频效果最好