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     

原子在双色组合场中产生高次谐波的转换效率与激光波长的关系

利用分裂算符法求解速度规范下的含时薛定谔方程,研究了一维氦原子处于单色红外场、红外场与紫外场形成的双色组合场中产生的高次谐波谱,分析了在截止位置附近高次谐波的转换效率与激光波长(800—2000 nm)的关系,发现在双色组合场驱动下截止位置附近高次谐波的转换效率随波长的变化为η(λ)∝λ^－x,其中〈x〉的数值取决于激光场的强度,但是只要选取合适场强的组合场就能提高截止位置附近高次谐波的转换效率. 关键词： 双色组合场 分裂算符 高次谐波 转换效率     

双色激光场中高次谐波转化效率的提高

采用渐近边界条件和辛算法数值求解双色激光场与模型P?schl-Teller势相互作用的含时Schr?dinger方程，计算了电离概率、平均位移、高次谐波以及跃迁概率；数值结果显示添加6倍频光的双色激光场能使高次谐波转化效率明显提高.分析了双色激光场极大地提高高次谐波转化效率的机理，并且通过对产生特定级次谐波的跃迁概率的计算，给出高次谐波转化效率提高的具体数值. 关键词： 渐近边界条件 辛算法 双色激光场 高次谐波     

HeH~(2+)分子多通道谐波发射的理论研究

利用非波恩奥本海默近似模型,理论研究了强激光场下HeH~(2+)分子发射高次谐波的特点.计算结果表明,HeH~(2+)分子的谐波截止能量要大于经典预言值.理论分析表明,延伸的谐波截止能量是由于激发态激光诱导电子跃迁所产生的多通道电子电离-回碰过程所导致的.随后利用双色空间非均匀激光场机制,谐波截止能量进一步延伸,形成了1个由单一量子路径贡献而成的482 eV的超长平台区.该辐射能量相当于单色激光场场强被增强了3倍的结果 .并且高振动激发态会产生强度更高的谐波光谱.最后,通过适当的叠加谐波平台上的谐波,可获得一系列脉宽在30 as的超短X射线光源.     

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。     

双色激光场对氢原子高次谐波的影响

为了深入研究高次谐波产生的多光子过程,使用劈裂算符结合拟谱的方法对氢原子在双色强激光场中的高次谐波辐射作了数值模拟计算,结果显示,当附加一适当双色激光场时,高次谐波谱的平台区大幅提高和展宽.根据计算结果提出的混合跃迁道理论,成功解释了高次谐波谱所呈现的细节特征.     

HeH2+分子多通道谐波发射的理论研究

利用非波恩奥本海默近似模型,理论研究了强激光场下HeH2+分子发射高次谐波的特点。计算结果表明,HeH2+分子的谐波截止能量要大于经典预言值。理论分析表明,延伸的谐波截止能量是由于激发态激光诱导电子跃迁所产生的多通道电子电离-回碰过程所导致的。随后利用双色空间非均匀激光场机制,谐波截止能量进一步延伸,形成了1个由单一量子路径贡献而成的482eV的超长平台区。该辐射能量相当于单色激光场场强被增强了3倍的结果。并且高振动激发态会产生强度更高的谐波光谱。最后,通过适当的叠加谐波平台上的谐波, 可获得一系列脉宽在30as的超短X射线光源。     

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.     

脉冲形状对氢原子高次谐波的影响

在含时密度泛函理论框架下,采用经典和量子相结合的模型,模拟了氢原子在超强飞秒激光脉冲作用下的高次谐波产生现象,并研究了激光脉冲形状对氢原子高次谐波的影响.结果表明,氢原子的高次谐波谱具有典型的原子谐波谱的特征;具有“下降－平台－截止”的结构和偶次谐波被禁闭仅出现奇次谐波的选择性特征;不同的脉冲形状会导致高次谐波的截止频率和谱线强度的变化.     

核运动对非奇次谐波产生的影响

理论研究了H2+、D2+、T2+辐射高次谐波的特点.结果表明,在核运动影响下,不仅奇次谐波呈现红移现象,而且谐波光谱呈现非奇次谐波.随着核质量增大,奇次谐波频移和非几次谐波强度都减弱.但是随着激脉宽增大,非奇次谐波的产生明显被增强.理论分析表明,谐波频移是由谐波辐射在激光上升和下降区间的非对称性导致的;非奇次谐波是由于分子对称性在较大核间距离处遭破坏产生的.     

外加静电场下CO高次谐波谱

利用分子在强激光中产生的高次谐波谱可以实现对分子结构及分子中电子迁移动力学过程的探测和研究.本文采用Lewenstein模型,计算了确定取向的CO分子在线偏振光与静电场组合作用下产生的高次谐波谱.结果表明,针对外加静电场相对分子朝向的两种不同指向,高次谐波谱分别展现了双平台结构和拉长的单平台结构.理论分析表明这些谐波谱的结构特点主要来自于不同跃迁通道贡献的相干叠加.本文为极性分子在非对称场下的高次谐波的形成提供了一个清晰的物理图像,对调控极性分子的高次谐波,进而产生可控阿秒脉冲具有科学意义.     

强激光场中N2分子高次谐波的干涉效应

在强场近似下,利用Lewenstein模型研究了N2分子在强激光场中发射高次谐波的干涉效应,通过对N2分子产生的高次谐波和分子中单个原子产生高次谐波的比较,表明了干涉效应的存在. 得出随着高次谐波阶数的增加,干涉极小值会随着分子轴与激光偏振方向间夹角的增加而减小,在角度接近900附近时干涉效应消失,与两中心干涉模型预测的趋势一致. 通过分析高次谐波产生的机制和相位随取向角的变化,给出了干涉产生的原因.     

基于百太瓦级激光系统驱动的高能量13 nm波段高次谐波产生

利用百太瓦级激光系统在氖气(Ne)中得到基于高次谐波产生的极紫外脉冲。通过松聚焦结构在13 nm波段产生单级次单脉冲能量为13.5 nJ (13.1 nm波长)和11.1 nJ (13.5 nm波长)的高次谐波辐射,转换效率为3.6×10^-7和3.0×10^-7,谐波发散角的半高全宽为0.32 mrad和0.33 mrad。对含时薛定谔方程进行数值求解,得到单原子偶极发射谱,结合麦克斯韦方程组模拟传播效应,同时考虑气体对谐波的吸收效应,理论模拟得到的信号强度随气压和光强的变化趋势与实验结果基本符合。实现相位匹配的谐波光束质量很好,纵向空间分布为高斯型。结合相位匹配条件和空间分布的分析得到了目前激光参数下的最优相位匹配条件。这种基于高次谐波机制的高能量相干极紫外光源在作为自由电子激光的种子光源以及超快非线性实验和半导体工业检测等方面具有广阔的应用前景。     

不同取向角下CO2分子波长依赖的垂直谐波效率

通过数值计算, 研究了强激光场中CO₂ 分子在不同波长和取向角下产生的高次谐波辐射的效率. 发现CO₂ 分子的垂直谐波效率在较小的和中间的取向角时倾向于与平行谐波效率可比或更高, 而在较大的取向角时, 垂直谐波效率远低于平行谐波效率. 进一步的分析表明, CO₂ 分子的结构对其垂直谐波效率有重要的影响, 且该影响与波长有关. 建议对于较复杂的分子, 应该在分子的轨道成像实验中考虑垂直谐波的贡献.     

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.     

超强飞秒激光脉冲作用下氢分子的高次谐波行为——基于含时密度泛函理论的模拟

在含时密度泛函理论框架下,采用经典和量子相结合的模型,模拟了氢分子在超强飞秒激光脉冲作用下的高次谐波行为. 结果表明氢分子的高次谐波谱具有“下降—平台—截止”的结构和偶次谐波被禁闭仅出现奇次谐波的选择性特征;不同的激光偏振方向会导致高次谐波的截止频率和谱线强度的变化. 关键词： TDDFT 超强飞秒激光 高次谐波 2分子')" href="#">H₂分子     

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.     

任意偏振双色相干场高次谐波

系统地研究了任意偏振双色相干场高次谐波，结果表明单个圆偏振光不能产生高次谐波，在适当的条件下，某些谐波可以部分或完全消失，而某些谐波可以得到加强，产生更高次谐波高转换效率的条件是双色线偏振场的结合。     

类石墨烯结构二维层状碳化硅的非线性二次谐波特性的第一性原理研究

二维层状碳化硅（two-dimensional layered silicon carbide,2d-SiC）是一种类石墨烯结构的半导体,在非线性光学频率转换上具有潜在的应用.本文基于第一性原理高精度全电子势线性缀加平面波结合态求和方法研究了层叠和拉伸下类石墨烯2d-SiC结构的非线性二次谐波系数.非线性过程物理源分析表明,三带项构成的单粒子跃迁过程是2d-SiC结构的二次谐波过程的主要微观跃迁机制,电子的带间运动显著受到带内运动的调谐,π电子离域带对非线性过程有重要贡献.理论上给出了2d-SiC结构的二次谐波系数的角度依赖,为实验研究提供理论参考.拉伸可导致不同频率的二次谐波增强.     

激光驱动晶体发射低阶谐波强度随激光波长的变化规律

通过数值求解激光驱动下电子在一维周期势场中运动的薛定谔方程,研究了晶体在激光场中发射的低阶谐波强度随激光波长的变化规律,结果表明,晶体发射低阶谐波强度随激光波长的变化规律与晶体发射高次谐波第一平台区域的变化规律不同.已有的研究表明晶体发射高次谐波第一平台区域的强度会随激光波长的增加而衰减,而我们发现晶体发射低阶谐波的强度会随激光波长的增加而增加.通过对晶体发射低阶谐波的时频分析、晶体价带能量变化与激光光子能量的关系,解释了晶体发射低阶谐波强度随激光波长增加而增加的原因.