中红外双色场量子轨道调控下宽谱带阿秒脉冲的产生

采用由2000 nm中红外驱动场和1000 nm弱倍频调制场组成的双色场作为驱动源,提出了产生水窗波段宽带高次谐波谱的新方法。弱倍频场对原子中电子的电离阶段进行调制,不仅扩大了连续谱的带宽,而且大大提高了连续谱的产生效率。通过求解一维氦原子模型下含时薛定谔方程,发现该双色场驱动下能够得到谱宽为190 eV的连续谱,并且较2000 nm中红外单色驱动下,连续谱谐波的效率提高了两个数量级。此外,计算中还发现调整双色场的相对载波包络相位,能够增强一个轨道电子的贡献同时抑制另一个电子轨道的贡献,利用这种方法能够得到脉宽为70 as的单阿秒脉冲。     

非对称激光等离子体尾场中被加速电子的模拟

为了研究在激光驱动的等离子体尾场中被加速电子的动力学,采用数值模拟方法得到了非对称脉冲驱动的尾波场中被加速的电子的运动相图、密度分布及势能。结果表明,非对称激光脉冲驱动尾场中电子得到很高的能量。在非对称激光脉冲驱动的激光尾场中,为了有效地加速电子,要选择恰当的上升激光脉冲长度和下降激光脉冲长度。     

C_3分子线在激光场中的含时密度泛函理论研究

运用将含时密度泛函理论(TDDFT)和分子动力学相结合的方法,研究了C3分子线的光吸收谱以及它在强激光场中的电子和离子响应。计算结果表明,C3分子线光吸收谱可以分为两个区域,其中既包含独立的峰,又包含连续分布的峰。对C3分子线在激光场中的研究表明,在激光强度、极化方向及脉冲长度相同的情况下,当激光频率远低于共振频率时,分子的电离发生较晚而且电离较弱,分子沿激光极化方向的偶极矩与激光脉冲波包很相近,分子激发处于线性响应区;当激光频率处于共振频率范围时,C3分子线的电离增强,而且偶极矩的激发与激光脉冲波包完全不同,与分子的电离密切相关。     

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。     

分子取向及组合场相对相位对CO分子产生孤立阿秒脉冲的影响

原子或分子的光电离是强场物理效应的基础。在强场近似下，对于少周期激光脉冲，实验中已证实采用双色激光脉冲场可以增强和相干控制分子的电离。同时，双色场相对相位也是非常重要的参数，借助相位结构的改变来调节分子的电离亦是控制和优化激光与物质相互作用的重要方式。基于此，本文借助Lewenstein模型计算了双色激光脉冲场中利用CO分子高次谐波获得的阿秒脉冲，分析了不同分子取向下相对相位对分子电离以及产生阿秒脉冲的影响。结果显示，平台区域的超连续展宽在任意相对相位下均可产生，但随着分子取向和激光场相对相位的变化，电离较低时易获得超短孤立阿秒脉冲。     

激光尾场中被加速电子的动能研究

为了研究在激光驱动的尾场中被加速电子的动能,采用粒子模拟方法,得到了决定电子最大动能的尾场势的最大值和最小值,讨论了等离子体尾波静电势的最大值和最小值及其与激光脉冲长度和强度之间的关系。结果表明,捕获电子最大能量与脉冲激光强度成正比,激光脉冲长度是激光波长的10倍时电子获得的能量最大。     

低噪音氦-镉激光器

人们在研究脉冲镉蒸汽激光器的实践中,发现以氦作为该激光器的缓冲气体有特殊作用.氦亚稳态和氦离子与镉原子碰撞发生彭宁电离与转荷过程是该激光的主要激发过程.这种激光器可以连续运转.     

园偏振光场电离电子的剩余能量

以准静态隧道电离理论为基础，推导了园偏振光场电离多电子原子体系的剩余电子能量的计算公式，得出一个有趣的结论，在超短脉冲园偏振光场的作用下，平均剩余电子能量只与电离速率和脉冲包络有关。数值模拟表明，平均剩余电子能量大致随激光能量按一次方规律变化。     

有限长激光脉冲在部分离化等离子体中的传播

为了研究有限长激光脉冲在部分离化等离子体中的传播特性,采用变分法推导出有限长激光脉冲在部分离化等离子体中的参量演化方程,分析了尾波场、相对论自聚焦和部分离化非线性极化强度的影响因素;通过分析焦斑半径和脉冲宽度满足的耦合方程,讨论了横向和纵向尾波场影响下的激光脉冲传播特性。结果表明,由于焦斑半径和脉冲宽度的耦合,激光脉冲在部分离化等离子体中传播必须满足一定条件;在部分离化等离子体中,考虑激光传播时脉冲宽度的变化是有必要的;对给定强度的激光脉冲,等离子体密度不变时,随着电离程度增大,尾波场会进一步增强激光脉冲的自聚焦,其中纵向尾波场比横向尾波场对激光脉冲的自聚焦作用更明显。这一结果对有限长激光脉冲电离诱导自注入及尾波场加速电子的方案具有理论指导意义。     

含有径向节点的拉盖尔-高斯光束产生涡旋高次谐波的特征

利用红外超快涡旋激光脉冲与气体介质相互作用可以产生携带轨道角动量的极紫外高次谐波。采用含有径向节点的拉盖尔-高斯（LG）光束作为驱动光，利用定量重散射模型计算单原子响应，通过求解谐波场在介质中传播的三维麦克斯韦方程以及在傍轴近似下的惠更斯积分，分别获得近场和远场高次谐波的强度和相位分布。结果表明:随着驱动光的径向节点数增加，高次谐波的强度分布呈现多环结构，相位分布上出现节点结构，强度分布的空间范围在近场减小，而在远场增大。相位匹配分析显示，短轨道和长轨道高次谐波的空间相干长度分布图对驱动激光的模式非常敏感，与高次谐波场在气体介质内的演化图像定性一致，解释了有径向节点的LG光束作用下产生的涡旋高次谐波的特征。     

电引发非链式脉冲DF激光器实验研究

为获取得高能脉冲中红外激光,对两种形式的电引发非链式脉冲DF化学激光器进行了研究。通过研究紫外预电离自持放电非链式脉冲DF化学激光器的输出特性,确定了最佳气压比,实现了350 mJ的DF激光脉冲输出,激光峰值功率为1.4 MW,激光能量比输出达35 J/l.101.3 kPa,电光转换效率约为1.6%;为突破预电离条件的限制,研究了非链式脉冲DF化学激光器的自引发体放电特性,通过采用针-盘电极对放电来模拟单通道放电的过程,利用非均匀场粗糙表面阴极,在注入能量密度高达200 J/l时实现了无预电离的稳定体放电。实验结果表明,采用自引发体放电技术有望实现更高能量的中红外激光输出。     

强激光场中电离子电子能量的非Maxwell分布

在强激光场的准静态隧道电离理论模型和准经典阈上电离理论模型的基础上,利用已推导的圆偏振激光场中电离电子能量分布函数,以基于光场感生电离电子碰撞机制的Ni-LiKr-Kr软X射线激光系统为例,从激光与物质相互作用入手,系统地讨论了超短脉冲、超高功率飞秒激光与原子相互作用,导致电离电子能量非Maxwell分布的形成。     

双色场中驱动脉冲相位对产生高次谐波和超短阿秒脉冲的影响

本文通过求解含时薛定谔方程,研究了双色激光场中驱动脉冲相位从0～1.9π时产生的高次谐波,并且该双色场由9fs/1600nm基波脉冲和较弱的6fs控制脉冲合成.在截止区域,可以通过改变驱动脉冲的相位来控制平台的宽度.从而获得带宽为499eV的超宽超连续谱谐波谱,并且通过傅立叶变换可以获得超短的3.8as的阿秒脉冲.而且为了深入了解物理机制,还进行了量子电离和时频分析.     

双激光场调控Be2+离子动力学的研究

为了研究高电荷态Be2+离子在强激光中的超快动力学过程,采用求解系统的密度矩阵的方法,进行了理论分析,获得了Be2+离子系统的光谱响应。结果表明,由于强激光场会导致激发态能级的瞬态斯塔克效应进而引起电子运动状态的改变,对应于Be2+离子系统跃迁偶极子的相位改变量为0.5π;当两束红外激光强度为0.94×1012W/cm2时,Be2+离子吸收光谱向高、低频端延伸,谱线形状由单个孤立的洛伦兹线型转化为“波浪式”结构;改变入射激光场的强度以及激光脉冲的持续时间和相对延迟时间可以控制吸收谱线型。此研究结果说明调控双激光的参量可以实现对高电荷态离子中核外电子运动的控制,也指明了软X射线脉冲整形的一个可行性方案。     

极紫外阿秒脉冲产生过程的本征原子相位分析

为了研究高次谐波极紫外阿秒脉冲产生过程中的谐波相位匹配问题,基于光场电离高次谐波产生过程3步分析模型得出了高次谐波产生过程的理论描述解析式,并以此分析了阿秒脉冲产生过程中的高次谐波本征原子相位。由研究可知,除最高阶谐波外,对同一阶高次谐波产生有贡献的电子均有两类—长轨迹电子和短轨迹电子,各高次谐波长轨迹电子产生的谐波谱相之间几乎不存在线性关系,而短轨迹电子产生的高次谐波谱相之间则存在着良好的线性关系。结果表明,抑制各谐波长轨迹电子有助于产生更小脉宽阿秒脉冲。此结果对极紫外阿秒脉冲产生实验中的高次谐波相位匹配有重要的参考价值。     

德科学家解决电离争议

自 198 3年以来 ,物理学家一直争议强激光束如何能多次电离原子。三个范例竞相填补这一理论真空。现在二个独立的德国研究组的工作似乎已使该争议休战 ,并推进了对亚原子世界的理解。二个小组 ,用冷靶反弹动量谱学测量了激光电离原子的动量分布。一个组将钛宝石激光的 80 0 nm2 2 0 fs脉冲聚焦在氦靶上。另一组用 795 nm,30 f锁模钛宝石激光脉冲和氖气。在某种情况下 ,强脉冲 (在氖的研究中约为 2PW/ cm2 )剥离原子中的电子。均匀电场将离子引向一探测器 ,研究人员监示其飞行时间。同时测量表明激光场已将动量分给离子 ,这排除争论中的二个…     

正弦三角激光脉冲尾场加速正电子模拟

为了研究正弦三角激光脉冲和低密度的等离子体相互作用时加速正电子的运动,采用数值模拟方法进行了数值计算,得到了被加速正电子的动能.结果表明,由于正弦三角激光脉冲激发产生的Raman散射原因,使得被尾场捕获的正电子数增多及相应的初速度增大;非对称正弦三角脉冲的前沿比对称正弦三角脉冲更陡,具有更强的有质动力势,能够产生更强的尾场,因此非对称正弦三角激光脉冲比对称激光脉冲驱动尾场中正电子的能量高.该研究结果说明,非对称正弦三角激光脉冲能够有效地提高正电子的加速效果.     

超短脉冲强激光大气传输的非线性效应

超短脉冲强激光大气传输在光学遥感、电子对抗、以及人工放电等方面具有重要的应用, 例如, 利用超短脉冲强激光使得远距离处的大气局域电离, 其所产生的紫外辐射可以为大气组分主动荧光光谱学研究提供光源。对短脉冲强激光在大气中的传输进行了理论分析, 对超短脉冲强激光大气传输中的各种线性效应及非线性效应, 诸如色散效应、非线性自聚焦效应、受激拉曼散射效应、多光子电离及隧道电离效应、电离引起的能量损耗效应、相对论聚焦、有质动力激发的等离子体尾波场等效应进行了讨论, 给出了一组描述超短脉冲强激光大气传输的三维非线性传输方程, 为此类问题的进一步研究提供了理论基础。     

超短脉冲强激光大气传输的非线性效应

超短脉冲强激光大气传输在光学遥感、电子对抗、以及人工放电等方面具有重要的应用．例如，利用超短脉冲强激光使得远距离处的大气局域电离，其所产生的紫外辐射可以为大气组分主动荧光光谱学研究提供光源。对短脉冲强激光在大气中的传输进行了理论分析，对超短脉冲强激光大气传输中的各种线性效应及非线性效应，诸如色散效应、非线性自聚焦效应、受激拉曼散射效应、多光子电离及隧道电离效应、电离引起的能量损耗效应、相对论聚焦、有质动力激发的等离子体尾波场等效应进行了讨论，给出了一组描述超短脉冲强激光大气传输的三维非线性传输方程，为此类问题的进一步研究提供了理论基础。     

两类单阿秒脉冲产生技术的相位依赖性分析

为了分析目前国际上现有的两类高次谐波极紫外单阿秒脉冲产生技术——振幅选通技术和偏振选通技术在驱动脉冲场载波-包络相位设置方面的差异,基于这两类单脉冲产生技术基本原理并借助于高次谐波产生3步理论分析模型,半定量分析了这两类技术的驱动光场载波-包络相位依赖性及其差异。结果表明,两者的最佳驱动脉冲场载波-包络相位设置分别为0与0.5π,出现此差异的根本原因是高次谐波现象对驱动光场偏振度的高度依赖性。此分析结果对更短脉宽极紫外阿秒脉冲光源的产生和相关应用具有重要的参考价值。