量子軌道時(shí)空調(diào)控及寬帶孤立阿秒脈沖產(chǎn)生.pdf

1、高強(qiáng)度飛秒激光驅(qū)動(dòng)原子、分子體系的高次諧波輻射作為一種高階非線性過(guò)程，已成功產(chǎn)生了相干極紫外線、軟X射線以及頗富吸引力的孤立阿秒脈沖光源。孤立阿秒脈沖更是以前所未有的時(shí)空分辨率，極大地推動(dòng)了阿秒量級(jí)時(shí)間刻度和埃量級(jí)空間尺度的結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)測(cè)量的研究。然而孤立阿秒脈沖的潛在應(yīng)用會(huì)受到脈沖強(qiáng)度、帶寬、持續(xù)時(shí)間、空間光束質(zhì)量以及產(chǎn)生過(guò)程對(duì)驅(qū)動(dòng)激光參數(shù)和穩(wěn)定性的依賴等因素的限制。當(dāng)前，如何進(jìn)一步增強(qiáng)孤立阿秒脈沖的產(chǎn)生效率、提高脈沖的頻譜寬度、縮短

2、脈沖持續(xù)時(shí)間、改善脈沖的空間質(zhì)量以及如何減少孤立阿秒脈沖產(chǎn)生過(guò)程對(duì)激光參數(shù)和穩(wěn)定性的依賴仍然是阿秒光學(xué)領(lǐng)域十分重要的問(wèn)題，這也是本文研究的重點(diǎn)。本文的主要內(nèi)容及結(jié)論包括：
　?。?）提出了一種利用多周期雙色脈沖來(lái)有效控制電子加速過(guò)程的“長(zhǎng)程”加速機(jī)制。在該機(jī)制中，高次諧波的截止區(qū)被顯著地延伸到Ip+26Up而且階次高于Ip+15Up的高次諧波是相位鎖定的，即產(chǎn)生了帶寬為11Up的超連續(xù)譜。通過(guò)調(diào)節(jié)雙色場(chǎng)的強(qiáng)度比率還可以實(shí)現(xiàn)中心波長(zhǎng)

3、可調(diào)諧的超連續(xù)譜，光譜可調(diào)諧范圍能夠從極紫外線一直延伸到整個(gè)軟X射線“水窗”波段。為了克服“長(zhǎng)程”加速機(jī)制中量子波包彌散導(dǎo)致效率低的缺點(diǎn)，又進(jìn)一步提出一種“雙控門”的方法。該方法結(jié)合了“長(zhǎng)程”加速機(jī)制和介質(zhì)He+的電離特性同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電離、加速過(guò)程的雙重控制，并產(chǎn)生了高效率、高時(shí)空質(zhì)量的寬帶孤立阿秒脈沖。
　?。?）開(kāi)展了周期量級(jí)脈寬的中紅外空間非均勻場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的高次諧波研究。發(fā)現(xiàn)中紅外時(shí)空合成電場(chǎng)對(duì)量子軌道的調(diào)控非常顯著，不僅大大地?cái)U(kuò)

4、展了高次諧波譜的平臺(tái)區(qū)，而且有效地選擇了短軌道電子，帶寬超過(guò)300 eV的超連續(xù)譜能夠被成功獲得。這一時(shí)空調(diào)控同時(shí)也降低了高次諧波的啁啾，在不需要任何啁啾補(bǔ)償?shù)臈l件下，就能夠直接產(chǎn)生接近傅里葉極限脈寬的27 as孤立脈沖，并且?guī)缀跛械碾妶?chǎng)載波包絡(luò)相位都能夠?qū)崿F(xiàn)如此短的孤立阿秒脈沖輸出。
　?。?）提出一種新的方法：通過(guò)結(jié)合預(yù)激發(fā)介質(zhì)的時(shí)域電離特性與等離子體增強(qiáng)電場(chǎng)的空間非均勻性，同時(shí)從時(shí)間和空間上控制高次諧波的電子動(dòng)力學(xué)過(guò)程。該

5、方法有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)量子軌道的時(shí)空調(diào)控，不僅可以產(chǎn)生高效、寬帶的孤立阿秒脈沖，而且產(chǎn)生過(guò)程不會(huì)受到等離子體增強(qiáng)電場(chǎng)載波包絡(luò)相位的影響。
　?。?）開(kāi)展了紫外光輔助的等離子激元高次諧波產(chǎn)生的研究。發(fā)現(xiàn)紫外飛秒脈沖能夠極大地增強(qiáng)特定電子軌道的貢獻(xiàn)，在相對(duì)較低的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度下就能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的諧波輻射，因此可以避免納米結(jié)構(gòu)的熱損傷。紫外脈沖也自然地引入了時(shí)域觸發(fā)效應(yīng)，它與驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)的空間效應(yīng)相結(jié)合能夠更好地調(diào)控量子軌道，并產(chǎn)生了寬帶的超連續(xù)譜。