飛秒激光驅(qū)動的阿秒脈沖光源產(chǎn)生及控制.pdf

1、更短時間尺度更高時間分辨的超快測量是科學(xué)家不懈追求的目標(biāo)之一。飛秒激光脈沖使人類對超快過程的認識有了巨大進步，并開辟和推動了超快光學(xué)、飛秒化學(xué)、飛秒生物學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的研究。而且飛秒激光驅(qū)動的高次諧波輻射為突破飛秒極限實現(xiàn)阿秒脈沖（1阿秒=10-18 秒）相干光源開辟了新途徑。阿秒脈沖光源給超快探測技術(shù)帶來了前所未有的時間分辨率，并開辟了阿秒時間尺度原子分子內(nèi)部電子超快動力學(xué)過程的研究，從而打開了阿秒物理學(xué)的大門。
　　 實現(xiàn)阿秒

2、超快測量的首要問題就是高效的超短單阿秒脈沖光源的產(chǎn)生、控制和測量，這也是阿秒物理學(xué)的核心問題之一。因此，我們集中開展高次諧波和阿秒脈沖光源的產(chǎn)生和控制研究，并進一步探索阿秒脈沖測量的新方法，開拓阿秒脈沖在超快控制和測量方面的應(yīng)用。本文主要的研究內(nèi)容、結(jié)論與創(chuàng)新性如下：
　　 (1)研究了阿秒脈沖光源的產(chǎn)生和控制機制。提出了雙色場“電子加速門”控制阿秒脈沖輻射的新機制。在周期量級激光脈沖上疊加倍頻光，可以有效地控制電子加速過程并拓

3、展超連續(xù)高次諧波的譜寬，從而可以突破100阿秒壁壘獲得亞100阿秒單脈沖光源。同時，我們首次提出了利用低頻光作控制脈沖的方案，發(fā)現(xiàn)可以利用多光周期激光脈沖產(chǎn)生亞100阿秒的單脈沖光源。
　　 首次提出了“阿秒電離門”控制阿秒脈沖輻射的新機制。利用該方案可以將電子電離控制在300阿秒以內(nèi)，進而可以在平臺區(qū)產(chǎn)生超連續(xù)高次諧波和寬譜周期量級的單阿秒脈沖光源，并可以提高寬譜單阿秒脈沖光源的效率。
　　 另外，我們研究了激光和紫外

4、光脈沖共同作用下的電離增強效應(yīng)，并提出了基于電離增強的高效寬譜單阿秒脈沖光源產(chǎn)生的新方案。該方案可以在平臺區(qū)實現(xiàn)周期量級的高效單阿秒脈沖光源，效率可以提高2個數(shù)量級。
　　 (2)系統(tǒng)研究了大核間距分子和不對稱分子高次諧波和阿秒脈沖的特性。發(fā)現(xiàn)大核間距分子高次諧波有兩個平臺，第二個平臺可以擴展高次諧波的譜寬，而且諧波的輻射時間是同步的，相位鎖定得非常好。利用大核間距分子，也可以獲得寬譜亞100阿秒脈沖光源。另外，我們還研究了不對

5、稱分子高次諧波特性。發(fā)現(xiàn)不對稱分子產(chǎn)生了奇偶并存的高次諧波，而且每個光周期僅輻射出一個阿秒脈沖。利用不對稱分子的特性，我們提出了產(chǎn)生相位一致的阿秒脈沖光源的新方案。相位一致的阿秒脈沖不僅可以精確地控制超快過程，而且可以作為產(chǎn)生紫外光梳的一個途徑，在超快測量和超快光譜學(xué)領(lǐng)域都有重要的價值。并且，我們發(fā)現(xiàn)可以利用多光周期(12飛秒)激光和不對稱分子作用可以產(chǎn)生單阿秒脈沖光源，進一步采用周期量級激光脈沖(5飛秒)可以在平臺區(qū)產(chǎn)生寬譜超連續(xù)高次

6、諧波和亞100阿秒的單阿秒脈沖光源。
　　 (3)研究了測量阿秒脈沖脈寬的方法。通過分析阿秒脈沖和激光脈沖共同作用下電子電離過程得到了阿秒脈沖寬度和電子能譜帶寬的直接關(guān)系。利用兩者的關(guān)系可以直接精確地測量阿秒脈寬，這為阿秒脈沖脈寬的測量提供了簡單有效的方法。
　　 (4)我們開拓了阿秒脈沖光源在超快探測中的應(yīng)用。首次提出了“阿秒時間濾片”新技術(shù)。該方案可以分辨每個電子軌道對應(yīng)的高次諧波輻射，進而可以實現(xiàn)高次諧波輻射過程的

7、實時測量，并揭示諧波輻射過程的非絕熱效應(yīng)。同時，利用“阿秒時間濾片”技術(shù)可以在原處測量激光脈沖的載波包絡(luò)相位、脈寬等信息。并且，該方案測量多光周期激光脈沖的相位。另外，我們還揭示了過飽和電離低能電子的左右不對稱性。利用該特性可以實現(xiàn)周期量級脈沖載波包絡(luò)相位的單脈沖測量。
　　 (5)為了進一步探索阿秒、亞阿秒脈沖光源的產(chǎn)生機制，開展了超強激光作用下相對論電子輻射特性的研究，提出了單阿秒、亞阿秒脈沖光源產(chǎn)生和控制的新方案。這對亞阿