高次諧波輻射效率與頻譜特性研究.pdf

1、飛秒激光驅(qū)動原子、分子產(chǎn)生的高次諧波輻射目前已經(jīng)成為產(chǎn)生阿秒極紫外脈沖的最有效途徑。由于其前所未有的時(shí)間分辨率以及良好的相干性，阿秒脈沖為實(shí)現(xiàn)原子、分子內(nèi)部超快電子動力學(xué)探測提供了有力的工具，并開辟了阿秒級時(shí)間分辨測量的新領(lǐng)域。隨著科學(xué)發(fā)展的需要，更短更強(qiáng)的阿秒脈沖的產(chǎn)生是科學(xué)家們長期以來一直不懈努力追求的目標(biāo)。另一方面，高次諧波輻射自身就是一個(gè)復(fù)雜的非線性物理過程，其輻射效率、時(shí)空頻譜特性攜帶著豐富的原子、分子結(jié)構(gòu)以及電子動力學(xué)信息。

2、如今，諧波光譜學(xué)的研究也為人們探索強(qiáng)場物理過程提供了新思路。本文主要針對超短超強(qiáng)阿秒脈沖的產(chǎn)生、高次諧波輻射效率、以及諧波時(shí)空頻譜特性進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究：
　?。?）提出了一種三色場調(diào)控產(chǎn)生高效“水窗”寬帶超連續(xù)譜的方案。該方案同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對電子電離與加速過程的控制，使得電子在激光場中獲得的最大動能以及諧波超連續(xù)譜對應(yīng)的電子電離率都有很大的提高，從而產(chǎn)生了一個(gè)頻譜范圍跨越極紫外到“水窗”X射線波段（205eV-480eV）的高

3、效寬帶超連續(xù)譜。選合適的條件，短軌道可以很好地實(shí)現(xiàn)相位匹配，并被選出。傳播后的超連續(xù)譜支持產(chǎn)生“水窗”范圍內(nèi)中心波長可調(diào)諧的脈寬在100as以下的單阿秒脈沖。
　?。?）基于量子軌道分析，理論研究了高次諧波輻射效率特性。（i）研究了不同激光強(qiáng)度驅(qū)動下,閾值下諧波輻射效率隨激光波長的變化關(guān)系。發(fā)現(xiàn)在高激光強(qiáng)度（1013 W/cm2量級）下，低閾值諧波效率隨波長會有明顯的波動，然而在低強(qiáng)度下（1012 W/cm2量級）卻沒有這種現(xiàn)象。

4、這種效率上的差異最終被證明起源于兩種強(qiáng)度下不同的量子軌道分布。該結(jié)果有利于理解低閾值諧波產(chǎn)生的物理機(jī)制。（ii）研究了電子的多次回復(fù)對高次諧波輻射效率的影響。采用鞍點(diǎn)法，我們單獨(dú)計(jì)算了不同階次的電子回復(fù)對諧波輻射產(chǎn)生的貢獻(xiàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動激光波長越長，高次諧波中的多次電子回復(fù)對諧波效率的貢獻(xiàn)越大。這是首次從理論上定量地研究電子多次回復(fù)對高次諧波輻射的影響。（iii）研究了空間均勻場中諧波效率隨波長變化的尺度定律。發(fā)現(xiàn)隨著激光波長的增加，

5、空間非均勻場中高次諧波效率首先按照λ-4的指數(shù)規(guī)律衰減（慢于均勻場中λ-5的趨勢），而最終會出現(xiàn)上升趨勢。基于量子軌道分析，我們發(fā)現(xiàn)空間非均勻場中諧波效率衰減變慢主要由諧波截止區(qū)拓寬所引起。而后的諧波效率的上升主要是由于一條額外電子軌道的出現(xiàn)所導(dǎo)致。該結(jié)果為以后非均勻場的效率研究提供了理論基礎(chǔ)。
　?。?）實(shí)驗(yàn)研究了原子（Ar）氣體產(chǎn)生高次諧波的時(shí)空、頻譜特性。通過調(diào)節(jié)激光聚焦位置以及激光強(qiáng)度，我們同時(shí)觀測到了長、短量子軌道的頻譜

6、分裂、頻率移動以及諧波效率的強(qiáng)度調(diào)制。根據(jù)測得的諧波譜上不同量子軌道的頻譜分裂以及頻率移動，我們成功提取出不同量子軌道的偶極相位以及其相應(yīng)的時(shí)域啁啾特性。此外，實(shí)驗(yàn)上測得的高次諧波效率隨激光強(qiáng)度周期性的調(diào)制也為區(qū)分瞬時(shí)相位匹配和量子軌道干涉這兩種物理機(jī)制提供了一個(gè)強(qiáng)有力的判據(jù)。
　　（4）首次在實(shí)驗(yàn)中觀測到同位素分子（H2和D2）產(chǎn)生高次諧波的頻率移動。通過對H2和D2產(chǎn)生的諧波譜進(jìn)行測量，我們發(fā)現(xiàn)其相對于氬氣產(chǎn)生的諧波譜都有一個(gè)