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.     

采用较长脉宽双色场获得孤立阿秒脉冲

通过数值求解一维含时薛定谔方程,本文研究了具有较长脉宽双色激光脉冲与氢原子模型相互作用产生的谐波辐射谱.研究发现,当采用12个光学周期的特定组合脉冲时,孤立阿秒脉冲可以实现.这里特定组合脉冲由两束类似频率脉冲(ω,ω+δω)构成,附加脉冲的作用恰是调整基频光电场的形状.不同于入射基频光,整形后的基频光在时间始末端电场振幅被抑制,只有中间部分电场对谐波谱有贡献,它的作用等同于单一6飞秒超短脉冲的效果.从而扩展获得孤立阿秒脉冲所需脉宽从6飞秒到12飞秒.     

采用较长脉宽双色场获得孤立阿秒脉冲（第15届全国原子与分子物理会议）

通过数值求解一维含时薛定谔方程,本文研究了具有较长脉宽双色激光脉冲与氢原子模型相互作用产生的谐波辐射谱。研究发现,当采用12个光学周期的特定组合脉冲时,孤立阿秒脉冲可以实现。这里特定组合脉冲由两束类似频率脉冲( )构成,附加脉冲的作用恰是调整基频光电场的形状。不同于入射基频光,整形后的基频光在时间始末端电场振幅被抑制,只有中间部分电场对谐波谱有贡献,它的作用等同于单一6飞秒超短脉冲的效果。从而扩展获得孤立阿秒脉冲所需脉宽从6飞秒到12飞秒。     

超短脉冲高次谐波谱的截止频率分析

本文数值计算了超短脉冲(脉冲持续时间为两个光学周期)的高次谐波发射功率谱.研究结果表明,超短脉冲谐波谱的截止频率不再符合IP 3.17UP的截止规则(IP为原子电离势,UP为有质动力能).对此,本文采用"三步"模型给出了合理解释,并用小波变换验证了结果的正确性.     

碳化硅晶体产生中红外飞秒激光研究获进展

中红外激光(3~5μm)在环境监控、气体分子识别、相干断层成像、军事等领域有着重要应用,特别是近年来在高次谐波产生单个阿秒脉冲的研究中,由于周期量级中红外飞秒激光能获得更高截止能量的谐波阶次,有望获得更短的阿秒脉冲和更高的时间分辨率,因此倍受人们的青睐。但受限于激光增益介质,目前较难在室温下直接获得中红外波段的飞秒激光,为此广泛应用的方案是基于非线性晶     

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     

利用阿秒激光追踪和控制原子分子内部电子的运动

随着强激光技术的快速发展, 在物质与激光相互作用下,实验上发现了很多新奇的物理现象。这些现象成功地被各种理论模型和数值模拟所解释和证明。一种很重要的现象就是所谓的高次谐波产生：在原子和分子与强激光相互作用时, 能够放出能量为基频光子能量几倍到几百倍的大能量光子。在实验上, 人们已经可以通过合成截止频率附近的几个谐波来产生脉冲长度在阿秒量级的激光脉冲（1阿秒=10-18秒）。阿秒脉冲的获得开启了超快科学一个全新的领域：人们可以在电子运动的自然时间尺度上去探测和操控原子分子内部电子的运动,这是继飞秒科学后人们操控微观世界物质运动的又一大飞跃。在本文中,我们就最近几年我们在理论上所开展的阿秒物理做一个简单的综述,重点强调利用阿秒光去控制电子的电离动力学以及探测分子内部电子运动.     

不对称偏振控制方案中两束脉冲强度比改变对原子电离及高次谐波产生的影响

偏振控制方案用以产生阿秒脉冲,其高次谐波辐射仅发生在偏振门内的线性半个光学周期,且可得到在整个平台区及截止位置附近皆连续的谐波谱。利用Ammosov-Delone-Krainov隧穿电离理论和强场近似方法,数值模拟了偏振控制方案中两束反向旋转圆偏振脉冲之间强度比对原子的电离几率及高次谐波发射功率谱的影响。研究发现,合理控制两束脉冲的强度比,可确保原子的有效电离发生在偏振门的前1/4光学周期,这有利于得到频域上优化的高次谐波发射谱。此外,可以根据需要在强度比小于1的范围内优化选择谐波谱的截止位置和转换效率。     

附加谐波脉冲生成强的39阿秒孤立脉冲

采用多周期800 nm激光组合它的27次谐波脉冲生成超短、宽频的孤立阿秒脉冲.研究表明,脉宽为1 fs的27次谐波脉冲可以有效地控制电子动力学过程.将其加入到单色激光场的特定时域,可以控制电离概率在半个光学周期内迅速提升,使得谐波的转化效率相对于单色场情形增强4个数量级,并实现单一的短量子路径选择,出现频宽为108 eV的超连续辐射谱,叠加该连续谱140次到210次谐波获得了脉宽为39as的强、短孤立脉冲.与文献[7]中采用5 fs/800 nm激光附加紫外阿秒脉冲的方法相比,该方案生成的连续谱频带增宽一 关键词： 组合激光脉冲 连续辐射谱 阿秒脉冲     

中红外飞秒激光场中氮分子高次谐波的多轨道干涉特性研究

通过系统研究氮分子高次谐波产生过程中的电子超快动力学过程,实验上发现在中红外飞秒强激光场驱动下高次谐波谱的截止区附近存在清晰的谐波谱极小值.进一步研究表明谐波谱极小值对应的光子能量强烈依赖于驱动激光脉冲的光强和波长,而与分子取向角无关,由此推断该极小值来源于氮分子最高占据分子轨道和次最高占据分子轨道产生的高次谐波之间的相消干涉.本研究结果将对极端强场条件下多轨道电子超快动力学研究起到积极推动作用.     

正交偏振双色激光场作用下生成的孤立阿秒脉冲

我们理论研究了正交偏振双色激光场作用下的高次谐波发射和孤立阿秒脉冲的产生.当y方向加一束中红外激光脉冲(12.5 fs/2000 nm),x方向加一束强度较弱的激光脉冲(12 fs/800 nm)时,我们得到从250 eV到350 eV的超连续谐波平台,在平台范围内叠加50 eV的谐波,可以得到一个脉宽约为97as的孤立阿秒脉冲. 通过时频分析,我们解释了高次谐波发射的物理机制.     

量子路径控制生成宽频软X射线连续辐射谱

数值研究了双色激光脉冲与一维氩原子相互作用的谐波发射功率谱.双色激光脉冲由800 nm和1600 nm的两束激光组成,脉冲持续时间为9.7 fs.计算结果表明,相对相位为π时,谐波截止频率从单色场情形的58 eV大幅度地展宽到316 eV,获得频宽为93 eV的软X射线连续辐射谱.此外,还采用短程的普薛耳－特勒势和长程的软化库仑势进行比对,数值结果表明该连续辐射谱的存在具有普适性.通过半经典的“三步”模型和时频分析小波变换方法对该连续辐射谱进行分析,发现其主要由单一的“短”量子路径生成,直接叠加频率从22 关键词： 红外双色激光脉冲 连续辐射谱 阿秒脉冲     

任意夹角的双色偏振激光作用下孤立阿秒脉冲的产生

本文选取脉宽为12 fs波长为2000 nm和800 nm的两束线性偏振激光, 适当调节两束激光的偏振方向的夹角θ, 发现当θ=π/2时, 高次谐波谱的第二级平台出现了“漏斗形”凹槽.当θ为π/6时, 得到了290 eV的超宽连续谱的高次谐波发射, 利用小波变换合理的解释了高次谐波形状及截止位置. 在该段连续谱上任意截取70 eV宽度的频率, 都可以得到脉宽约为60 as的孤立阿秒脉冲. 适当减小截取范围可以得到线性偏振的脉宽94 as的孤立阿秒脉冲. 这为实验中产生能灵活调节的孤立阿秒脉冲提供了一种方案.     

60 fs长脉宽双色场作用下孤立阿秒脉冲的产生

通过数值求解一维含时Schrödinger方程,研究了具有较长脉宽双色激光脉冲与氢原子相互作用产生的高次谐波和阿秒(as)脉冲.这里的双色激光脉冲由一束基频钛宝石主脉冲与另一束红外附加脉冲构成.研究发现,当合成脉冲的脉宽选为12 fs时, 选取合适的附加脉冲波长,合成电场的振幅在始末端时间段能被大幅抑制, 仅中间部分的电场对谐波谱平台区和截止位置起主要贡献. 通过分析合成脉冲电场始末端时间段抑制的机理,进一步扩展了合成脉冲脉宽到60 as, 并得到160 as的孤立短脉冲.这是迄今为止在孤立阿秒脉冲产生研究中所采用的最长脉宽. 该方案中的合成脉冲等效于单一5 fs短脉冲的作用, 却克服了5 fs脉冲低输出能量导致的阿秒脉冲能量低的困难.     

利用偏振门方案和静电场组合控制阿秒脉冲的产生

本文理论研究了5 fs,800 nm的左旋圆偏振和右旋圆偏振激光组合的偏振门方案叠加静电场作用下氦原子的高次谐波发射及阿秒脉冲的产生.研究发现,加入的静电场可以控制量子轨道,进而抑制量子干涉效应.当静电场系数α为0.1时,高次谐波谱出现双平台结构且比较平滑,通过小波分析,发现对第二平台有贡献的主要是一个短轨道,通过叠加第二平台区域50 eV(160 eV～210 eV)的连续谐波,我们得到了80 as的阿秒脉冲.     

Isolated attosecond pulse generation from atom radiated by a three-color laser pulse

We theoretically investigate high-order harmonic and attosecond pulse generation from helium atom in a three-color laser field, which is synthesized by 10 fs/800 nm Ti-sapphire laser and a two-color field consisting of 30 fs/532 nm and30 fs/1330 nm pulses. Compared with harmonic spectrum generated by a monochromatic field, the harmonics generated from the synthesized three-color field show a supercontinuum spectrum with a bandwidth of 235 eV, ranging from the 154 th to the 306 th order harmonic. This phenomenon can be attributed to the fact that the ionization of atoms as well as motion of ionized electron can be effectively controlled in the three-color field. Therefore, an isolated 46-as pulse can be generated by superposing supercontinuum from the 160 th to the 210 th order harmonics.     

High-order harmonic generation of CO_2 with different vibrational modes in an intense laser field

We apply the strong-field Lewenstein model to demonstrate the high-order harmonic generation of CO_2 with three vibrational modes(balance vibration,bending vibration,and stretching vibration) driven by an intense laser field.The results show that the intensity of harmonic spectra is sensitive to molecular vibrational modes,and the high harmonic efficiency with stretching vibrational mode is the strongest.The underlying physical mechanism of the harmonic emission can be well explained by the corresponding ionization yield and the time-frequency analysis.Finally,we demonstrate the attosecond pulse generation with different vibrational modes and an isolated attosecond pulse with a duration of about 112 as is generated.