基于時(shí)空調(diào)控的阿秒脈沖產(chǎn)生及優(yōu)化.pdf

1、在過去的幾十年中，強(qiáng)場(chǎng)物理學(xué)得到了迅速發(fā)展。其中，高次諧波的產(chǎn)生由于其在很多領(lǐng)域都有著潛在的運(yùn)用，成為了研究的一個(gè)熱點(diǎn)，受到了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。高次諧波輻射可以用來(lái)產(chǎn)生極紫外波段和軟X射線波段的相干光源，更重要的是，它還可以用來(lái)獲得阿秒脈沖。這種超短脈沖的出現(xiàn)，使得高時(shí)間分辨地探測(cè)、控制各種超快過程成為可能。隨著社會(huì)的發(fā)展，阿秒脈沖的運(yùn)用范圍也越來(lái)越廣。為了更好地滿足不同領(lǐng)域?qū)Τ旃庠吹男枨?，如何產(chǎn)生孤立阿秒脈沖并優(yōu)化其特性是至關(guān)重要

2、的。本文集中開了基于高次諧波輻射的阿秒脈沖的產(chǎn)生及控制的研究。我們從理論上提出了一些有效的方法來(lái)調(diào)控高次諧波的產(chǎn)生過程，以獲得孤立阿秒脈沖同時(shí)改善其特性。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：
　?。?）提出了一種利用雙色貝塞爾-高斯光束產(chǎn)生高效，高光束質(zhì)量的孤立阿秒脈沖的方案。通過構(gòu)造“雙色場(chǎng)電離門”機(jī)制，高次諧波的單體響應(yīng)過程被控制在了半個(gè)光周期內(nèi)。經(jīng)過宏觀傳播之后，諧波效率顯著提高，同時(shí)單個(gè)量子軌道被選擇出來(lái)，在平臺(tái)區(qū)（

3、22次到50次）產(chǎn)生了光滑的超連續(xù)譜。利用這段超連續(xù)譜我們獲得了高效的孤立阿秒脈沖。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，這種孤立阿秒脈沖具有極小的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角和高斯型空間分布。較傳統(tǒng)高斯光束驅(qū)動(dòng)的情況相比，阿秒脈沖的光束質(zhì)量得到了很大改善，同時(shí)強(qiáng)度也高了近一個(gè)量級(jí)。這種高效，高光束質(zhì)量的孤立阿秒脈沖對(duì)于超快科學(xué)有著重要的意義。
　?。?）系統(tǒng)地研究了雙色貝塞爾-高斯光束驅(qū)動(dòng)下超連續(xù)譜的產(chǎn)生機(jī)制。我們討論了驅(qū)動(dòng)激光場(chǎng)的脈寬、強(qiáng)度、相對(duì)相位對(duì)超連續(xù)譜形成

4、的影響。此外，我們著重分析了高次諧波的相位匹配情況。我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)改變雙色貝塞爾-高斯光束的角度參數(shù)時(shí)，平臺(tái)區(qū)不同波段諧波的相位匹配條件可以被選擇性地優(yōu)化，這樣就能調(diào)節(jié)特定波段諧波的效率，傳播之后也可以產(chǎn)生不同中心頻率的高效平滑超連續(xù)譜。經(jīng)過濾波，我們得到了不同中心波長(zhǎng)的可調(diào)諧孤立阿秒脈沖，這種波長(zhǎng)可變的高效孤立阿秒脈沖可以滿足不同運(yùn)用的需求。
　?。?）利用雙色非均勻場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)高次諧波單體響應(yīng)過程同時(shí)從時(shí)間和空間上的調(diào)控。在這種時(shí)

5、空整形的電場(chǎng)中，電子的電離，加速和回復(fù)過程可以同時(shí)受到控制。通過調(diào)節(jié)雙色場(chǎng)的相對(duì)相位，空間非均勻性對(duì)電子動(dòng)能的影響可以被有效地限制在半個(gè)光周期內(nèi)。于電場(chǎng)峰值處電離的電子可以從非均勻場(chǎng)中獲得較多的動(dòng)能，相應(yīng)的電子軌跡被拉伸并且短軌道被選擇。這樣就產(chǎn)生了從平臺(tái)區(qū)一直延伸到截至區(qū)的寬帶超連續(xù)譜。在單色非均勻場(chǎng)中，諧波的效率隨著階次的增大明顯下降。而雙色非均勻場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下得到的超連續(xù)譜具有穩(wěn)定的強(qiáng)度分布、更高的產(chǎn)率和更寬的譜寬，可以支持高效率、窄脈

6、寬的孤立阿秒脈沖的產(chǎn)生。
　?。?）研究了空間非均勻場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下里德堡原子中的高次諧波產(chǎn)生。在均勻場(chǎng)中，由里德堡態(tài)引起的諧波譜截止區(qū)的拓寬僅發(fā)生在周期量級(jí)脈沖驅(qū)動(dòng)的時(shí)候（小于兩個(gè)光周期），這對(duì)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)是非?？量痰臈l件。我們采用非均勻場(chǎng)，將里德堡原子中截止區(qū)拓寬的現(xiàn)象拓展到了多光周期驅(qū)動(dòng)的情況。我們進(jìn)一步研究了非均勻場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下里德堡原子中的電子動(dòng)力學(xué)過程，發(fā)現(xiàn)里德堡態(tài)的電子對(duì)空間非均勻度依賴敏感。隨著非均勻度的增大，里德堡態(tài)的電子可以獲得