论文摘要
强激光场与原子、分子等相互作用时可以产生高次谐波。大量实验结果表明,原子高次谐波的普遍特征是:随着谐波阶数的增加,开始几阶谐波的强度迅速地下降,接着展示出一个平台,在平台区内,谐波的强度随谐波阶数的增加变化很小,在平台区域末端的某一阶次谐波附近,谐波强度迅速下降并出现截止。最大光子能量为I p + 3.17Up （ U p为有质动力能, I p为原子的电离能）。高次谐波谱平台区的出现,使得人们可以利用高次谐波获得相干极紫外高频段辐射源XUV和X射线源,而且高次谐波是人们获得阿秒脉冲的首选光源,因此,高次谐波近年来一直是研究工作者广泛关注的课题。本论文研究了原子和分子在强激光场中产生的高次谐波和电离特性,其主要研究工作如下:第一,将伪谱方法推广应用到KH坐标系中并求解了强激光场中一维模型原子的含时薛定谔方程,研究了一维模型原子在强激光场中的稳定性。结果表明,在中等强度的激光场中,原子没有发生电离抑制,而在高频超强激光场中,原子的电离受到抑制,即原子在激光场中稳定。第二,利用数值方法求解含时薛定谔方程,研究了一维、两维模型氢原子和三维真实氢原子在强激光场中产生的高次谐波和电离概率。计算结果表明,在多光子电离区域和过垒电离区域,模型氢原子与真实氢原子产生的高次谐波和电离概率差别很小;在隧道电离区域,模型氢原子与真实氢原子产生的高次谐波其平台特征和截止位置相同,电离概率随时间变化的趋势相近,但其数值有明显的差异,造成这种差异的原因是三种原子中电子动量分布的不同引起的。第三,利用分裂算符方法数值求解了三维真实氢原子的含时薛定谔方程,研究了静电场对强激光场中氢原子产生高次谐波的影响。研究结果表明,静电场的加入使得奇次谐波的强度降低,而谐波谱中出现了偶次谐波和双平台结构,并且随着静电场强度的增大,谐波谱的第一平台变窄,而第二平台加宽;借助于小波分析发现,第二平台截止位置附近的谐波其发射是由间隔约一个光学周期、脉冲宽度为阿秒量级的脉冲链构成,这为实验上获得阿秒脉冲提供了新的途径。第四,我们提出了一种产生单个短阿秒脉冲的有效方法,即在啁啾红外激光的适当位置加入UV阿秒脉冲。通过加入UV脉冲,截止位置附近的高次谐波其转换效率比啁啾红外激光单独作用时提高了一个数量级,并在截止位置附近产生了较宽的超连续谱;主要的一次返回对应的长路径被加强而短路径被抑制,从而直接获得了谱宽为62 eV、脉宽为57as的单个阿秒脉冲。其次,通过在强激光场中加入静电场,电子的路径也可以被有效地控制。利用半经典模拟和小波分析,我们通过叠加第二个平台截止位置附近的数次谐波得到了脉宽约为150as的单个阿秒脉冲。第五,采用Lewenstein模型研究了N 2分子在双色激光场中产生的高次谐波和阿秒脉冲链。研究表明, N 2分子在单色激光场中产生的高次谐波在平台区难以辨别,是由于对平台区谐波有贡献的长短路径强度相当,长短路径间的干涉效应导致了这种不规则的谐波谱结构,当加入倍频场后,通过适当调节倍频场和基频场间的相对位相,可以使长短路径间的干涉减弱,从而使谐波谱结构易于分辩,当相对位相φ=π时,只有短路径对平台区的谐波有贡献,长短路径间的干涉可忽略,叠加平台区的数次谐波可获得规则的阿秒脉冲链。其次,采用分子强场近似理论,研究了同核双原子分子N 2和O 2在强激光场中的电离。结果表明,对N 2分子,当激光偏振方向和分子轴夹角θ等于零时电离速率最大,而随着θ的增大（从0到90 ）,电离速率会单调减小;对O 2分子,随着θ的增大（从0到90 ）,电离速率随θ先增大后减小,当θ=45时电离速率最大。
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