啁啾激光调控谐波截止能量及强度的研究

为了调控谐波辐射过程,采用数值求解3维薛定谔方程的方法,进行了啁啾激光对调控谐波辐射截止能量及强度的理论分析。通过分析激光包络图、电子电离几率、谐波辐射时频分析图,给出了谐波截止能量延伸以及谐波强度增强的原因。结果表明,在负向啁啾场下,谐波截止能量附近的强度与无啁啾参量相比增强了1个数量级;当引入半周期调控激光场后,谐波截止能量得到有效延伸;适当叠加谐波谱上的谐波,可获得一个46as的脉冲;该脉冲强度比无啁啾参量下获得的脉冲强1个数量级。该研究对调控谐波的辐射过程及阿秒脉冲的输出是有帮助的。     

有轴向磁场的平面摆动器自由电子激光

研究了电子在有同向磁场的平面摆动器中的自发辐射和谐波相干辐射，得到了一个较普遍的自发辐射谱表达式和谐波自由电子激光的增益。当电子的能量较高或者沿摆动器轴线观察时，辐射是椭圆极化的，适当附加轴向磁场，可以提高激光增益，对于较低次谐波，增益提高更明显。     

不同盐度海水的光击穿声辐射特性研究

强激光聚焦于水下时,通过光击穿机制辐射强声波信号。水体介质的盐度不同,在同等的激光参数、光学系统条件下,光击穿辐射的声波在强度、脉冲波形、频谱特征上具有一定的差异性。为研究水介质盐度对激光击穿形成的空泡辐射声波的影响,构建了激光声测量系统,实验研究了不同水体盐度参数对光击穿辐射声信号的影响。结论：激光击穿水介质伴随空泡脉动、声信号辐射效应;激光声信号脉冲宽度与水体盐度无关;空泡尺寸和激光声信号强度与激光脉冲能量成正比关系;水体盐度与激光声信号的强度早非线性变化关系。研究结果有助于激光声在海洋中的应用。     

双色飞秒强激光作用下的CO2分子高次谐波

实验研究了双色场条件下CO2 分子高次谐波辐射, 通过改变充气气压获得偶次谐波最大为28th。此外,通过变化气体盒内激光焦点位置从而显著改变24th 谐波光子能量。实验发现在气体盒內谐波强度存在两个极大值,这是因为不同区域内相位匹配出现长短轨道选择的结果。实验结果表明,双色场驱动的分子高次谐波可成为具有发展前景的多波长可调谐相干XUV 光源。     

红外激光与远紫外激光场驱动H2+辐射谐波

为了了解H₂+谐波辐射的过程,采用数值求解非玻恩-奥本海默近似薛定谔方程的方法,理论研究了H₂+在10fs/800nm红外激光与6fs/30nm远紫外激光驱动下谐波辐射的特点。结果表明,谐波辐射的贡献主要来源于拉比振荡、多光子共振电离、电荷共振增强电离以及离解态电离;随着远紫外光的加入,谐波光谱呈现能量间隔为远紫外光子能量的多重谐波截止结构;当远紫外光与红外激光的延迟时间大于零或小于零时,谐波光谱呈现红移和蓝移的现象。该研究对理解分子谐波辐射过程是有帮助的。     

超短脉冲强激光场中氙的高次谐波

在静态气室中,利用线偏振的掺钛蓝宝石(Ti:sapphire)超短脉冲激光(中心波长795nm,脉宽105fs,重复频率10Hz,单脉冲能量50mJ),获得氙气中5～17次(40～160nm)谐波的软X射线激光辐射。实验中着重观察了高次谐波谱线强度随激光强度的变化规律,由于激光强度已经接近甚至超过饱和,高次谐波谱相对强度随入射激光强度增加而增长到一定程度后开始下降,同时观察到介质的离子谱,证实了高次谐波谱的产生与离子辐射之间的转换关系。     

神光-Ⅲ原型高功率激光装置电磁脉冲辐射

实验测量了神光-III原型装置上脉冲强激光与金属靶相互作用产生的电脉冲辐射,电脉冲峰值梯度为3 kV/m,频谱范围大约在50 MHz?2 GHz,在160 MHz等处有明显的特征峰,信号持续时间大约60 ns。本文研究表明电偶极辐射是打靶过程产生电磁脉冲信号的来源之一,由理论模型计算得到频率为160 MHz的特征峰,并计算出探测点电场脉冲峰值梯度约为2 kV/m,辐射总功率约105 W,能量转换率约10-6,辐射功率近似正比于激光能量的4/3次方,可见激光能量越大,功率密度越高,电脉冲的辐射强度越大。大型激光装置上的激光与靶作用产生的电磁脉冲测量,对大型激光装置产生的电磁辐射的防护有重要指导作用,在等离子体诊断等领域也有潜在应用价值。     

气体等离子体辐射光声信号检测与分析

气体等离子体做为一种新的辐射源,因具有辐射范围宽等优点而备受关注。本文对强飞秒激光脉冲诱导大气等离子体辐射光声信号现象进行了探究,用实验的方法探测和分析了激光脉冲能量、偏振方向以及声传输的径向距离对光声信号强度的影响。     

基于谐波的红外激光调制光谱特性研究

基于谐波检测的调制光谱技术可以实现气体浓度的高灵敏检测,而最佳分析性能的实现依赖于系统调制参数的优化。研究了基于谐波的红外激光调制光谱信号特征,分析了调制参数与谐波特性的对应关系,针对典型的红外半导体激光光谱气体检测系统开展了实验研究与验证分析,获取了不同调制信号电压的谐波信号特征,分析确定了系统最佳调制参数。     

静态气体相位匹配高次谐波研究

对低能量飞秒激光脉冲和静态氩气相互作用下产生相位匹配高次谐波进行了实验研究.在激光脉冲能量为0.55 mJ的情况下.获得了转化效率1×10-7的相位匹配27次谐波.分析了高次谐波光谱在不同氩气压强下的蓝移和展宽特性.并且观察到高次谐波的源尺寸在相位匹配条件下明显增大现象.     

高次谐波辐射的实验研究

报道了在本实验室建立的45fs-2 TW级超短超强钛宝石激光装置上.以Ar为非线性工作介质.进行的高次谐波实验的初步研究结果.初步研究了激光能量和气体密度对高次谐波的影响,目前得到的最高次谐波为第25次谐波.相应波长为31.4nm.还检验了激光器、压电气阀、光谱仪以及信号处理和记录系统的工作性能.实现了相互间的协调.     

核运动对分子谐波强度及产生阿秒脉冲的影响

为了了解核运动对H₂+和T₂+谐波辐射强度及产生阿秒脉冲的影响,采用数值求解薛定谔方程的方法,理论研究了10fs和20fs激光驱动下H₂+和T₂+谐波截止能量附近强度的变化。结果表明,短脉宽驱动下谐波强度满足H₂+>T₂+;而长脉宽驱动下谐波强度满足T₂+>H₂+;根据谐波强度变化规律,在最佳谐波辐射强度下引入半周期激光场可以获得高强度、高能量的谐波平台区,进而获得脉宽为37as的阿秒脉冲。该研究为探测同位素分子及产生高强度及高能量的阿秒脉冲提供了一种新的方案,对激光光学的发展有一定帮助。     

Optimum conditions for nonresonant third harmonic generation

A detailed theoretical analysis of nonresonant third harmonic generation (THG) is given which includes the intensity dependent refractive indices of the nonlinear medium as an integral part. According to the third-order analytic solution, the maximum attainable conversion efficiency is only limited by a nonlinear parameter β which is essentially the ratio of the Kerr-constants and the third harmonic coefficient. Only for|beta| < 1intensity (energy) conversion efficiencies in excess of 90 percent (40 percent) are possible. The influence of the intensity distribution of the input beam is discussed. Diagrams are given from which the optimum experimental conditions can be deduced in order to get the optimum harmonic output. Limiting processes, such as fifth-order effects or self-focusing, are analyzed. As an example, the optimum conditions for efficient frequency tripling of powerful Nd:glass laser radiation are evaluated.     

双端抽运腔内和频紫外激光器的实验研究

为了获得高功率全固态355nm紫外激光器,采用平平腔结构,通过LD双端抽运Nd:YVO4晶体,在声光Q开关调制作用下产生1064nm脉冲基频光,利用两块LBO晶体分别进行腔内倍频、和频产生355nm紫外激光。在LD抽运功率54W、调制频率40kHz的条件下,获得紫外的最高输出功率为6.67W,脉冲宽度为20ns, M2=1.1。结果表明,腔内和频可得到高效率、高光束质量的紫外激光输出。     

静电场对强激光场中氢原子产生高次谐波的影响

利用分裂算符方法数值求解了真实氢原子在强激光场和静电场作用下的含时薛定谔方程,研究了静电场对强激光场中氢原子产生高次谐波的影响.研究表明,静电场加入后,奇次谐波的强度有所降低,并且谐波谱中出现偶次谐波和双平台结构.利用小波变换,观察了高次谐波在不同时刻的发射情况.借助于半经典理论,解释了在静电场作用下高次谐波发生变化的机制.     

利用非均匀抽运探测激光增强阿秒脉冲强度

为了增强高次谐波光谱及阿秒脉冲的强度，采用数值求解薛定谔方程的方法，理论研究了H₂+在抽运探测激光驱动下高次谐波辐射特点。结果表明，在抽运激光驱动下，H₂+首先被激发到多光子共振电离区间，进而增大电离几率; 随后在探测激光驱动下，谐波辐射强度得到增强; 当采用不对称非均匀激光场时，谐波截止频率可以进一步延伸，并且谐波平台区只由单一谐波辐射能量峰贡献; 最后通过叠加傅里叶变换后的谐波可获得脉宽在32as的脉冲。该研究对单个阿秒脉冲的产生是有帮助的。     

Nonlinear harmonic generation in free-electron lasers

A three-dimensional nonlinear simulation code to treat multiple frequencies simultaneously is described and used to study nonlinear harmonic generation in free-electron lasers (FELs). Strong nonlinear harmonic gain is found where the gain length varies inversely with the harmonic number. Substantial power levels are found in the harmonics. The odd harmonics are favored with generally higher power levels since a planar wiggler geometry is employed; however, the second harmonic exhibits substantial power as well. The analysis is relevant to the emission expected from self-amplified spontaneous emission (SASE) free-electron laser schemes     

超强激光驱动薄膜靶谐波辐射的模拟研究

为了研究超强激光与薄膜靶相互作用在入射光反射方向引起的高次谐波辐射,基于在入射激光的透射方向,相干同步辐射机制会导致高次谐波的产生,采用粒子模拟方法研究了超强激光驱动固体密度薄膜靶（即高密度薄膜靶）高次谐波辐射在入射激光透射和反射方向的空间分布。结果表明,当靶厚小于激光趋肤深度、靶等离子体密度远大于临界密度（800N_c）时,在透射方向,相干同步辐射机制会导致高次谐波辐射,同时在反射方向,存在相对论镜面振荡机制驱动的谐波场辐射,证明了在超强激光-薄膜靶相互作用过程中两种谐波会产生共存机制;讨论了在两种产生机制下,靶厚度对谐波辐射阶次的影响,发现靶厚度超过200nm,透射方向谐波阶次达到65阶以上。该研究对深入理解超强激光-薄膜靶驱动高次谐波的产生及阿秒X射线光源的未来发展具有一定的理论意义。