强场作用下氦离子高次谐波发射及孤立阿秒脉冲的产生

论文摘要

本论文在单电子近似下,利用二阶分裂算符方法数值求解了激光场与He+离子相互作用的含时Schr（o|¨）dinger方程。深入细致地研究了在组合激光场作用下的一维模型He+离子的高次谐波发射及孤立阿秒脉冲的产生,提出了三种既能增强谐波转换效率又能产生超宽远紫外连续谱以及获得脉宽较短孤立阿秒脉冲的有效方案,并分析了谐波增强、超宽远紫外连续谱形成及孤立阿秒脉冲产生的物理机理。本论文研究工作主要由以下三部分组成:第一部分,理论研究了模型He+离子在双色场作用下的高次谐波发射。数值结果表明:在初态为基态和第一激发态的等权相干叠加态时,不仅实现了谐波截止的有效扩展,而且谐波的发射效率得到了大幅度地提高。另外,高次谐波平台显示一个超宽的远紫外连续谱,对一些级次的连续谐波进行叠加,就会直接产生一个宽度为47 as的超强孤立阿秒脉冲,与单色基频脉冲作用于基态He+离子获得的阿秒脉冲相比,强度提高了5个量级以上。此外,通过半经典三步模型和小波时频分析方法,我们分析了结果,给出了物理解释。第二部分,提出一种直接得到脉宽超短单个阿秒脉冲的有效方案。利用一个双色激光与一个超短xuv阿秒脉冲的组合场作用于模型He+离子,通过选取两个不同的相对时间延迟,不但得到了效率较高的谐波发射,而且实现了单一量子轨道的控制,并且高能区的谐波谱显示出超宽远紫外连续特性。特别是在实现长量子轨道控制以后,对超宽连续谱上的一段进行滤波就可以直接得到宽度为39 as的超短孤立阿秒脉冲。然而,值得一提的是,在该方案中,xuv脉冲附加到合成的双色场能够大幅度提高连续谐波的转换效率,这对产生一个超强的孤立阿秒脉冲是非常有利的,对此我们做了分析,并给出了详细的物理解释。第三部分,提出一种产生强100 as以下的单个阿秒脉冲的有效方法。利用在中红外激光脉冲上附加一个xuv脉冲作为驱动源,研究了模型He+离子的高次谐波发射。通过调节两个脉冲之间的相对时间延迟,实现了单一量子轨道的有效选取,并且产生谐波转化效率较高的超连续谱。特别是通过抑制电子的短轨道而加强电子的长轨道对谐波的贡献,得到了脉宽为81 as的单个阿秒脉冲。此外,在两种相对时间延迟情况下,对超宽连续谱上不同频率范围但具有相同带宽的谐波谱进行叠加,得到了中心波长可调谐的、脉宽低于100 as的单个阿秒脉冲。

论文目录

• 内容提要
• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 激光技术的发展史
• 1.2 原子在强激光场中的电离
• 1.2.1 多光子电离
• 1.2.2 隧穿电离
• 1.3 高次谐波发射
• 1.3.1 高次谐波的实验研究进展
• 1.3.2 高次谐波的理论解释
• 1.3.3 高次谐波研究的意义
• 1.4 孤立阿秒脉冲的研究进展
• 1.5 本论文的主要内容
• 第二章 理论模型和方法
• 2.1 激光场与原子相互作用的含时 Schr（?）dinger 方程
• 2.2 激光场形式和原子模型势
• 2.2.1 激光场形式
• 2.2.2 原子模型势
• 2.3 虚时演化方法求解初始波函数
• 2.4分裂算符方法求解含时Schr（?）dinger方程
• 2.5 小波变换方法
• 第三章 双色场驱动产生超宽远紫外连续谱 和生成低于 50 阿秒的单个脉冲
• 3.1 引言
• 3.2 理论模型
• +离子在双色场中的谐波发射'>3.3 初态为相干叠加态的He⁺离子在双色场中的谐波发射
• 3.4 低于50 as 单个脉冲的产生
• 3.5 超宽连续谱形成的物理机理
• 3.6 两个脉冲之间的相对相位对结果的影响
• 3.7 2400 nm 激光脉冲的脉宽对结果的影响
• 3.8 第一激发态的布居对结果的影响
• 3.9 小结
• 第四章 高次谐波的加强和单个短阿秒脉冲的产生
• 4.1 引言
• 4.2 激光场形式和计算参数选取
• 4.3 在双色激光和xuv 脉冲组合场作用下的谐波发射
• 4.4 高次谐波的时频特性分析
• 4.5 低于50 as 单个脉冲的产生
• 4.6 高次谐波加强的物理机理
• 4.7 长轨道控制的实现和单个强39 as 脉冲的产生
• 4.8 1200 nm 激光脉冲的脉宽对结果的影响
• 4.9 次倍频脉冲的波长对结果的影响
• 4.10 小结
• 第五章 利用中红外组合激光场产生100 阿秒以内的单个脉冲
• 5.1 引言
• 5.2 激光场形式和计算参数选取
• 5.3 在中红外激光和xuv 脉冲组合场作用下的谐波发射
• 5.4 高次谐波的时频特性分析
• 5.5 100 as 以内的单个脉冲的产生
• 5.6 高次谐波加强的物理机理
• 5.7 长轨道控制的实现和单个81 as 脉冲的产生
• 5.8 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士期间发表及完成的文章
• 致谢