中红外非均匀组合场产生单个超短阿秒脉冲

目的 提出一种直接获得单个超短阿秒脉冲的新方法.方法 通过数值求解一维含时薛定谔方程,研究中红外非均匀组合场驱动氦离子产生的高次谐波辐射.结果 这种时空组合场不仅实现了单一量子路径的控制,而且产生了一个频带极宽的超连续谱.结论 对连续谱上一些适当的谐波直接进行滤波,在没有任何相位补偿的情况下可获得脉宽仅为19.3 as的单个脉冲.     

利用啁啾场与单极场的组合场驱动He+发射高次谐波

数值研究了He~+在啁啾场与单极场下发射高次谐波及阿秒脉冲的特点.计算结果表明,当He~+的初始波函数布局在基态与激发态的叠加态时,其谐波强度比单基态时增强7个数量级.随后在啁啾场及单极控制场的作用下,谐波发射的截止能量明显增强,谐波的干涉结构也明显减小.引入空间非均匀效应,谐波截止能量得到进一步延伸,形成一个320eV的平台区.通过叠加谐波,可获得3个持续时间在45~48as的X射线脉冲.其强度比单基态输出的脉冲增强5~6个数量级.     

非均匀组合场驱动He原子获得高强度keV阿秒脉冲

理论提出了一种利用非均匀组合场驱动He原子产生高强度keV高次谐波光谱和阿秒脉冲的方法.结果表明,适当叠加多周期双色中红外场与一束少周期近红外场时,谐波截止能量可以得到有效延伸,并且谐波光谱呈现由单一量子路径贡献而成的平台区.随后,适当引入一束紫外光源,在共振增强电离的影响下,谐波辐射效率可以增强500倍.最后,通过叠加平台区的谐波,可获得多个脉宽持续范围在35 as以下的单个阿秒脉冲.     

高次谐波与阿秒脉冲的回顾与展望

高次谐波产生(High-order Harmonic Generation,HHG)使激光脉冲脉宽突破到阿秒量级成为可能.2001年第一次在实验上利用高次谐波产生的方法获得了650 as的脉冲,揭开了阿秒时代的序幕.根据介质的不同大致可以分为气体高次谐波、固体体材料高次谐波和固体等离子体高次谐波.气体高次谐波经过了二十多年已经发展得很成熟,并能通过气体高次谐波获得最短43 as的脉冲.固体体材料高次谐波和固体等离子体高次谐波因为转化效率高、光子能量高等独特优势已经成为产生阿秒脉冲的研究热点.本文主要介绍了高次谐波的发展历史,气体高次谐波、固体体材料高次谐波和固体等离子体高次谐波的发展现状以及阿秒脉冲测量和表征技术的发展,并对未来的发展趋势进行了总结展望.     

强激光场中高次谐波研究内容及进展

介绍强场高次谐波的概念和产生过程及研究进展,说明强场高次谐波是获得更短波长射线的主要手段之一.     

一维Ar~+在组合激光脉冲作用下的高次谐波辐射

提出一种产生超宽相干极紫外连续谱的新方法。利用少周期的基频光超短脉冲叠加上其倍频光驱动Ar+,产生的高次谐波出现双平台结构。结果表明:利用该方法可以有效地对电子在激光场中的短轨道进行选取,使得第二个平台的超连续谱辐射时相位几乎是锁定的,将这部分谐波谱进行叠加可以得到脉宽短至58 as的单个脉冲;合成的单个阿秒脉冲受两激光场参数的影响较小,即改变两束激光的相对光强、延迟时间等仍然可以获得相似脉宽的单个阿秒脉冲。     

非线性啁啾波形优化获得超短阿秒脉冲

本文通过调控非线性啁啾波形,提出了运用两种非线性啁啾组合波形延伸谐波截止能量以及增强谐波强度的方法. 研究结果表明,适当调节组合场的二阶和三阶啁啾参数、啁啾延迟以及其它激光参数后,激光波形得到最佳优化. 在最佳波形驱动下,谐波截止能量和辐射强度明显增大,进而我们可以获得脉宽在39 as的孤立脉冲.     

中红外啁啾激光驱动CO分子产生单个软X射线阿秒脉冲

采用中红外啁啾激光和单极脉冲组合场驱动定向的CO分子产生了能量高达6 keV(～0.2 nm)的软X射线高次谐波.研究结果表明,用啁啾激光可实现谐波平台的显著展宽,加入单极脉冲使得谐波截止位置大幅度拓展,更重要的是在非常宽的能量范围内产生了超连续谐波.对平台区不同阶次范围的谐波进行叠加都可以合成出单个阿秒(as)脉冲,最短脉宽为26 as.结合经典轨迹模拟和量子时频分析,展示了如何通过引入啁啾和单极脉冲实现对量子路径的有效控制.     

利用不对称极化门方案增强阿秒脉冲的强度

理论提出了一种利用不对称极化门方案来增强阿秒脉冲强度的方法.结果表明,当两束圆偏振激光场采用不对称的强度时,不仅谐波干涉减小,而且谐波辐射强度明显增强,呈现了一个带宽在85 eV几乎由单一量子路径贡献产生的超长连续平台区.最后,通过叠加该平台区的谐波辐射光谱可以获得一个半高全宽在52 as的超短单个阿秒脉冲.     

调节X2+同位素分子电荷共振增强电离时刻获得高强度阿秒脉冲

利用X_2~+同位素分子(H_2~+、D_2~+、T_2~+)谐波辐射的特点,提出一种有效获得高强度谐波连续区和孤立阿秒脉冲的方法.研究表明,在不同脉宽激光作用下,H_2~+、D_2~+和T_2~+分子可分别进入电荷共振增强电离区域.当激光振幅区域的半个周期正好处于电荷共振增强电离区域时,具有最大辐射能量的谐波能量峰正好具有最佳的辐射强度.随后,在此区域引入半周期单极激光场,被选择出来的谐波能量峰可以继续延伸,进而获得一个仅由单一能量峰贡献而产生的高强度谐波连续区.通过叠加连续区上的谐波可以获得脉宽仅为42 as的孤立阿秒脉冲.     

斜入射激光脉冲与稠密等离子体相互作用产生的阿秒脉冲

利用一维粒子模拟程序研究和比较了斜入射和垂直入射激光脉冲与稠密等离子体相互作用得到的阿秒脉冲以及激光强度对阿秒脉冲转换比率的影响.同样参数下,斜入射的阿秒脉冲转换比率明显高于垂直入射的情况,滤波后得到的阿秒脉冲振幅比较大,而脉冲串中阿秒脉冲的个数则是垂直入射时的一半.根据振荡镜面模型对两种情况进行了分析,由镜面振荡方程可以对结果给出解释.保持等离子体密度不变,增大入射激光强度时,随着滤波次数的增加,斜入射与垂直入射的阿秒脉冲的转换比率逐渐趋于相同.300次以上高通滤波后我们得到了处于X射线范围的阿秒脉冲.     

激光与薄膜靶作用产生X射线阿秒脉冲两种方案的比较

运用一维粒子模拟对经由相对论电子束汤姆逊散射来产生阿秒X射线的两种方案进行了研究。第一种是激光驱动薄膜靶产生相对论电子束以及经过汤姆逊散射产生阿秒X射线,运用倍频探测光的方案可得到更短波长X射线。第二种方案添加了反射厚靶,通过厚靶对驱动激光的反射来减小电子束的横向动量但让其通过,而探测脉冲经过电子束汤姆逊散射后的多普勒频移因子提高,得到的X射线波长也明显减小,光子能量达到1KeV,反射光频谱也明显优与第一种方案．     

空间非均匀激光场下He原子辐射谐波的量子路径调控

理论研究了He原子在空间非均匀激光场下辐射谐波的量子路径调控.计算结果表明,随着空间非均匀激光场引入位置由负向-r0到正向-r0移动,谐波截止能量呈单调递增趋势,而且只有单一的短量子路径对最大谐波辐射过程起作用.通过分析谐波辐射时频分析图和电子含时波包演化图,对谐波辐射的特点给出了合理解释.随后适当引入一束太赫兹激光场,谐波强度被增强2个数量级,并且形成一个1208eV的超长平台区.最后,通过叠加谐波,可获得一系列持续时间在34as的超短脉冲,其波段覆盖为10~1nm.     

中红外激光场中分子高次谐波生成的单轨道和多轨道效应

采用非微扰电动力学的方法研究了中红外激光场驱动分子产生的高次谐波能谱,并分析了不同分子轨道的贡献.研究发现,单个分子轨道产生的高次谐波能谱呈现出分子结构导致的干涉极小值.长脉冲中干涉极小值的位置随着激光强度增加向高能端移动,短脉冲中其位置固定.这种差别是由于不同脉宽的激光场中电子抖动动能的变化引起的.干涉极小值的最大移动量等于激光场中电子的抖动能.多个分子轨道辐射的谐波会产生干涉,这种干涉效应主要体现在两个方面:一是掩盖了单个轨道谐波谱的干涉极小值,从而使得总能谱中极小值不明显;二是通过总能谱中干涉结构的变化,体现出单轨道谐波谱中干涉极小值前后的相位突变.本研究解释了一系列的实验观测并预言了有待观测的现象.     

模型原子在双色场辐照下的高次谐波发射

利用双色场辐照一维势模型原子,发现得到的谐波功率谱呈现双平台,且二次平台呈准连续谱状态。根据经典SMT理论、模型原子在双色场中的电离机制和高次谐波的受激复合特性分析了双平台结构的成因。     

半导体激光器中产生的光脉冲红移啁啾的消除

对啁啾脉冲在单模线性色散光纤中的非线性传输演化过程进行了解析分析和定量的数值计算．结果表明,在单模线性色散光纤正群速色散区,用输入光脉冲产生的兰移啁啾可以消除半导体激光器中产生的光脉冲红移啁啾     

啁啾激光场对H2+电离及解离的影响

理论研究了两种不同啁啾激光场对H_2~+电离以及解离几率的影响。结果表明:在二阶啁啾场下,H_2~+的电离和解离几率会随着啁啾参数由负向到正向的变化而呈现线性减小。在三阶啁啾场下,H_2~+的电离和解离几率随着啁啾参数的变化呈现‘W’形结构,并且最大电离和解离出现在啁啾参数为0.01处。     

啁啾对飞秒脉冲在光子晶体光纤中传输的影响

采用广义非线性薛定谔方程描述啁啾对飞秒脉冲在光子晶体光纤中传输特性的影响,利用对称分步傅里叶方法通过求解方程,数值计算了有无啁啾情况下相同脉宽和功率、不同入射波长飞秒脉冲在光子晶体光纤中的传输,对比不同色散区飞秒脉冲波形的演化及超连续谱的产生.结果表明,较低功率时,反常色散区和零色散区,初始啁啾对于孤子的快速形成和传输具有重要的作用,而位于正常色散区时,啁啾破坏了脉冲形状,不利于脉冲的传输.反常色散区和正常色散区啁啾有利于频谱的展宽;零色散区,啁啾对频谱展宽影响不明显.较高功率时,频谱展宽主要受功率影响,啁啾对频谱展宽作用不大.这些结论对于脉冲传输和超连续谱系统优化设计和控制具有理论指导意义.     

光子晶体光纤中脉冲阶数与初始啁啾对超高斯脉冲传输的影响

采用分步傅里叶法数值模拟了超高斯脉冲在光子晶体光纤中的传输过程,着重分析了超高斯脉冲的脉冲阶数及所带初始啁啾对信号传输的影响.结果表明:随超高斯脉冲阶数增大,脉冲输出波形出现分裂,频谱加宽.若初始啁啾为正,则会使波形振荡分裂加剧,频谱进一步加宽;而若初始啁啾为负,则输出波形无分裂,输出频谱变窄.     

用伪谱方法计算强激光场中一维原子的高次谐波和电离几率

引入非线性空间变换,用伪谱方法求解了一维原子在强激光场中的薛定谔方程,计算了一维原子在强激光场中的高次谐波和电离几率,其结果与分裂算符法得到的结果符合得很好.