基于時空調控的阿秒脈沖產生及優(yōu)化.pdf

1、在過去的幾十年中，強場物理學得到了迅速發(fā)展。其中，高次諧波的產生由于其在很多領域都有著潛在的運用，成為了研究的一個熱點，受到了科學家們的廣泛關注。高次諧波輻射可以用來產生極紫外波段和軟X射線波段的相干光源，更重要的是，它還可以用來獲得阿秒脈沖。這種超短脈沖的出現(xiàn)，使得高時間分辨地探測、控制各種超快過程成為可能。隨著社會的發(fā)展，阿秒脈沖的運用范圍也越來越廣。為了更好地滿足不同領域對超快光源的需求，如何產生孤立阿秒脈沖并優(yōu)化其特性是至關重要

2、的。本文集中開了基于高次諧波輻射的阿秒脈沖的產生及控制的研究。我們從理論上提出了一些有效的方法來調控高次諧波的產生過程，以獲得孤立阿秒脈沖同時改善其特性。本文的主要研究內容和創(chuàng)新點有以下幾個方面：
　?。?）提出了一種利用雙色貝塞爾-高斯光束產生高效，高光束質量的孤立阿秒脈沖的方案。通過構造“雙色場電離門”機制，高次諧波的單體響應過程被控制在了半個光周期內。經過宏觀傳播之后，諧波效率顯著提高，同時單個量子軌道被選擇出來，在平臺區(qū)（

3、22次到50次）產生了光滑的超連續(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。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，這種孤立阿秒脈沖具有極小的遠場發(fā)散角和高斯型空間分布。較傳統(tǒng)高斯光束驅動的情況相比，阿秒脈沖的光束質量得到了很大改善，同時強度也高了近一個量級。這種高效，高光束質量的孤立阿秒脈沖對于超快科學有著重要的意義。
　?。?）系統(tǒng)地研究了雙色貝塞爾-高斯光束驅動下超連續(xù)譜的產生機制。我們討論了驅動激光場的脈寬、強度、相對相位對超連續(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)，當改變雙色貝塞爾-高斯光束的角度參數(shù)時，平臺區(qū)不同波段諧波的相位匹配條件可以被選擇性地優(yōu)化，這樣就能調節(jié)特定波段諧波的效率，傳播之后也可以產生不同中心頻率的高效平滑超連續(xù)譜。經過濾波，我們得到了不同中心波長的可調諧孤立阿秒脈沖，這種波長可變的高效孤立阿秒脈沖可以滿足不同運用的需求。
　　（3）利用雙色非均勻場實現(xiàn)了對高次諧波單體響應過程同時從時間和空間上的調控。在這種時

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

6、寬的孤立阿秒脈沖的產生。
　?。?）研究了空間非均勻場驅動下里德堡原子中的高次諧波產生。在均勻場中，由里德堡態(tài)引起的諧波譜截止區(qū)的拓寬僅發(fā)生在周期量級脈沖驅動的時候（小于兩個光周期），這對實驗來說是非?？量痰臈l件。我們采用非均勻場，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動的情況。我們進一步研究了非均勻場驅動下里德堡原子中的電子動力學過程，發(fā)現(xiàn)里德堡態(tài)的電子對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