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.     

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.     

靶源位置对强场高次谐波相位匹配的影响

为提高强激光场与惰性气体靶作用产生的孤立阿秒激光脉冲的能量,给出了一种实现高次谐波过程中最佳谐波相位匹配的定量实验方法。研究了气体靶源与高斯型驱动激光场聚焦点相对空间位置对谐波相位匹配及谐波产率的影响,得出了其最佳相位匹配位置始终位于驱动激光场聚焦点后3~5 mm,而在聚焦点之前的位置区域,严重的高次谐波相位失配导致谐波产率非常低。同时,在最佳相位匹配条件下,高次谐波场与驱动场具有相类似的空间强度分布特性,该结果印证了目前通常采用的高次谐波场为高斯光束的假设。     

氩气中高次谐波辐射的研究

报道了在４５ｆｓ－２ＴＷ激光装置上以Ａｒ惰性气体为介质产生高次谐波的实验结果,实验中通过研究气体密度和激光能量对谐波辐射的影响,找到了适当的气体密度和激光能量范围,并在Ａｒ气中观察到８１次（９．７ｎｍ）的皆波辐射,这时迄今为止,人们在Ａｒ气中所能观测到的最短波长的谐波辐射,经分析表明,高于５７次的谐波是由Ａｒ离子产生的。     

飞秒激光脉冲在氮气中产生高次谐波的实验研究

报道了以氮气为介质产生高次谐波的实验结果。实验中主要研究了不同的气体密度、不同入射激光能量和不同偏振对高次谐波辐射强度及谐波级次的影响。并从理论上进行了定性分析。分析结果表明：要想得到较高次、较强的谐波辐射，必须反复进行实验，确定最佳的激光能量和气体密度，以减少由于自由电子密度的提高而导致的相位失配的影响。     

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。     

介质的非均匀性对高次谐波影响的研究

讨论了气体介质的非均匀性对飞秒激光高次谐波产生过程的可能影响.计算结果表明,采用喷阀技术所提供的气体介质的密度梯度和气体原子运动速度的影响很小,不会产生实验上可观测的效果.这一结果支持了喷气靶在高次谐波产生中的广泛应用 关键词： 高次谐波 气体介质 各向异性 飞秒激光     

5fs驱动激光脉冲的高次谐波选择性优化

研究了在紧聚焦实验条件下, 采用5 fs激光脉冲与氩气相互作用产生的高次谐波特性. 通过优化系统色散、气体靶气压与位置等参数, 观察到在60–73 eV波段范围内高次谐波光谱接近一个量级的增强. 进一步通过对单原子模型和传播方程的数值求解及模拟相位匹配实验参数下高次谐波的产生过程, 发现相位匹配在所观察到的实验现象中起着关键作用, 得到了理论上与实验规律一致的结果. 关键词： 极紫外激光 高次谐波 超快光谱     

7 fs超快强激光驱动Ar原子产生支持单个阿秒脉冲的高次谐波连续谱

采用脉冲宽度为7 fs,脉冲能量为0.4 mJ的超快强激光脉冲与气体盒子中Ar原子作用获得了高次谐波截止区连续谱,并发现当驱动激光稳定在不同的载波包络相位时,高次谐波的谱结构、谱调制深度和连续谱的带宽都有很大区别。在某些载波包络相位时获得了平滑的连续谱,调制深度小于17%,连续带宽达10 eV,从而支持时域上获得变换极限500 as的单个阿秒脉冲。     

激光脉冲能量对激光烧蚀保护气体电离的影响

用Ar气作保护气体 ,气压保持在一个标准大气压 ,用Nd :YAG脉冲激光烧蚀Al靶获得等离子体。利用时空分辨技术 ,采集了激光脉冲能量在 5 2 ,92 ,115和 14 5mJ情况下等离子体辐射的时空分辨谱。详细描述了 115mJ时等离子体的辐射特征 ,简要分析了其他脉冲能量下Ar的特征辐射规律。根据这些脉冲能量下Ar 特征谱线的分布规律 ,简要论述了Ar气体电离与激光脉冲能量的关系。讨论了环境气体电离机制 ,并对结果进行了简单解释。结果发现 ,在本实验采用的能量范围内 ,较高的脉冲能量更容易使环境气体电离 ,产生较强的Ar 离子辐射 ,且Ar 辐射持续时间较长。     

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     

超强激光场中氢原子辐射高次谐波蒙特卡罗模拟

运用蒙特卡罗方法，模拟和计算出在超强激光场中，氢原子在相对论领域的电离几率和辐射出的高次谐波，并且讨论了氢原子的电离几率和辐射出的高次谐波与激光场的电场和磁场的关系。     

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.     

飞秒强激光脉冲驱动Ne高次谐波蓝移产生相干可调谐极紫外光实验研究

本文对不同气压以及入射激光强度下Ne相位匹配高次谐波的光谱蓝移特性进行了实验研究.利用气体盒装置,在谐波平台区域获得最大谐波蓝移为0.13 nm,在谐波截止区获得的最大蓝移为0.07 nm.实验结果表明,通过调节气体盒内气压以及入射激光强度,即改变气体盒中自由电子密度,有利于实现高次谐波光谱蓝移.     

对称分子H2+在强短波激光场中高次谐波椭偏率性质的研究

通过数值计算,研究了强短波(400—600 nm)激光场中H₂⁺分子高次谐波辐射的椭偏率性质.研究表明,H₂⁺分子在不同激光强度、不同激光波长、不同核间距及不同取向角下高次谐波的椭偏率性质是不同的;特别是在两中心干涉区,激发态在高次谐波产生中起着重要作用,但在不同取向角下,激发态对谐波椭偏率的影响不同;分析表明,这些不同的影响源于沿平行和垂直于激光偏振方向辐射的高次谐波的相对产量,以及激发态对平行和垂直谐波产量的影响;此外,椭偏率的测量检验了强场近似和平面波近似在强短波激光场中是成立的,并对强短波激光场中分子动力学做了更充分的研究.     

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。     

利用超快强光场产生的高次谐波获得相干软X射线辐射

报道了在本实验室建立的４５ｆｓ－２ＴＷ级超短超强钛宝石激光装置上，以Ａｒ气为非线性工作介质进行的高次谐波实验的初步结果。研究了激光能量和气体密度对高次谐波的影响。目前得到的最高次谐波为２５次，相应波长为３１．４ｎｍ，深入的实验研究正在进行之中。     

基于XUV激光脉冲和反应显微成像技术的原子分子光物理实验平台

基于高次谐波技术的超快激光系统可以通过控制脉冲时序实现对目标量子态的精准操控,反应显微成像谱仪实现了4π立体角内对量子少体碰撞过程的准确测量,两项先进系统的结合将极大拓展量子少体动力学研究的领域。目前,高次谐波的单频选择至关重要,同时反应显微成像谱仪的分辨率受真空度及冷靶分散度的影响较大。中国科学院近代物理研究所通过采用多级差分、钛真空靶室的设计,使得谱仪的真空度达到10–11 mbar量级,有效降低了本底噪声的影响;升级改造传统超音速冷靶系统的靶束产生装置,实现了靶厚度的自由调控,大大提高了探测器记录事件的准确性;本实验平台结合高次谐波产生多阶XUV脉冲单能化技术,实现了单能XUV超快激光系统和反应显微成像谱仪成功结合,该系统可以产生能量范围在20~100 eV之间的XUV脉冲,能够研究电离能或解离能在100 eV以下的原子分子动力学过程。     

超强激光作用下相对论电子振荡所导致的谐波辐射

研究发现，在超强激光作用下电子运动的相对论效应可导致高次谐波辐射，采用单电子模型计算分析了不同偏振微光作用下的高次谐波发射，表明圆偏振激光较线偏振激光更有利于高次谐波产生。     

短脉冲强激光与固体靶作用在非相对论激光参数区的高次谐波

利用"表面电流"模型, 探讨了激光参数在非相对论区条件下激光与固体靶作用产生的高次谐波的若干性质, 也讨论了在非相对论区条件下劳仑兹力项的修正对高次谐波效率的影响.