脉冲啁啾对高次谐波谱影响的理论研究

采用单电子近似和软核势模型 ,通过数值求解一维含时薛定谔方程的方法 ,研究了当脉冲分别带有正、负啁啾的情况下所产生的高次谐波谱的变化。结果表明 ,对于正啁啾脉冲 ,其高次谐波谱将出现分裂 ,而对于负啁啾 ,高次谐波谱呈现展宽的趋势。同时发现 ,在激光脉冲带有很大的啁啾的情况下 ,无论是正啁啾还是负啁啾 ,都会使谐波峰分裂成多个更加细小的谱峰     

空间非均匀啁啾场驱动氦离子产生单个超短阿秒脉冲

研究了空间非均匀啁啾场作用下氦离子的高次谐波辐射和单个阿秒脉冲的产生。计算结果表明:相比单个空间非均匀场和单个啁啾场驱动产生的谐波谱,空间非均匀啁啾场驱动产生的谐波谱的截止位置得到了极大的拓展,并且产生了带宽为1073 eV的超连续谱。此外,这种时空组合场可以实现抑制长路径而选取短路径,从而有效地贡献连续谱的产生。直接叠加连续谱上大范围的谐波,可获得脉宽为13 as的单个阿秒脉冲。通过调节啁啾参数,可实现脉宽仅为7.4 as的单个脉冲的输出。     

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。     

紫外-啁啾激光束驱动He原子获得阿秒脉冲

为了获得X射线范围内的阿秒脉冲, 采用紫外-啁啾组合激光束产生高强度谐波光谱和阿秒脉冲的方法, 进行了理论分析。结果表明, 当引入正向啁啾参量时, 虽然谐波截止能量有微小延伸, 但是谐波辐射效率明显下降; 当引入负向啁啾参量时, 不仅谐波截止能量得到延伸, 并且谐波辐射效率比正向啁啾条件下有所增强; 将一束125nm的紫外光源引入到啁啾激光下, 由于共振增强电离的影响, 谐波辐射效率有明显增强, 在紫外-正向啁啾驱动下, 不仅谐波辐射强度被增强25倍, 而且谐波截止能量得到延伸, 形成了一个382eV的平台区, 在紫外-负向啁啾驱动下, 虽然谐波截止能量没有明显变化, 但是谐波辐射效率有110倍的提高, 进而形成一个410eV的平台区; 通过叠加组合场下的谐波, 可获得一系列70as以内的单个阿秒脉冲。该研究对阿秒科学的发展是有帮助的。     

空间非均匀场下H2+分子发射谐波及阿秒脉冲的理论研究

理论研究了空间非均匀场下H2+分子发射高次谐波及阿秒脉冲的特点.计算结果表明:适当调节H2+分子的核间距离及空间非均匀参数,谐波发射的截止能量明显增强,谐波谱的干涉结构也明显减小.引入单极控制激光场,谐波截止能量得到进一步扩展,形成一个由单一量子路径贡献而成的530 eV带宽的超长平台区.通过叠加谐波可获得一系列脉宽范围在32～46as的阿秒X射线脉冲.     

固定光强下组合啁啾波形优化谐波光谱的研究

为了输出具有高转化效率和高光子能量的谐波光谱, 采用求解薛定谔方程的方法, 理论研究了多色组合啁啾波形对谐波光谱的影响。结果表明, 在固定激光强度下, 最佳三色啁啾波形可以有效延伸谐波截止能量; 最佳四色啁啾波形可以增强谐波强度; 选择最佳三色和四色组合波形下的谐波光谱进行谐波叠加可获得42as的孤立阿秒脉冲。这一结果对超短阿秒脉冲的产生是有帮助。     

载波包络相位稳定的6 fs超快强激光脉冲及其在高次谐波产生中的应用

脉冲宽度40 fs,功率1.1 W的载波包络相位(CEP)稳定的飞秒激光脉冲在充氩气的空芯光纤内由于自相位调制频谱展宽,通过啁啾镜和斜劈补偿色散,最终可获得脉冲宽度为6 fs的载波包络相位稳定的强激光脉冲.将之应用到高次谐波实验中得到了脉冲宽度为500 as的单个阿秒脉冲.     

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。     

通过奇偶谐波谱重构不对称平面分子的构型

通过求解含时薛定谔方程的数值方法，研究了不同分子构型的平面分子H₃²⁺的高次谐波产生，结果表明：奇偶谐波同时释放，且奇偶谐波的相对产量对取向角和分子构型都很灵敏。基于上述结果，提出了利用奇偶高次谐波谱探测原子核位置的简单方法，从而可以通过奇偶高次谐波谱重构取向不对称平面分子的键长和键角，同时利用高次谐波谱为阿秒尺度探测多中心分子结构提供帮助。     

利用啁啾组合场获得单一谐波辐射能量峰

为了获得由单一谐波能量峰贡献产生的谐波平台区，采用负向啁啾场与紫外场组合调控谐波光谱的方法，进行了理论分析和数值模拟。结果表明，在负向啁啾场调控下，谐波截止能量可以达到选取的参考值，谐波平台区由单一谐波能量峰贡献产生; 适当引入一束紫外光源，在紫外共振电离的影响下，谐波平台区强度可以得到增强，并且达到参考值范围；选取平台区谐波进行叠加可以获得一个36as的超短脉冲。该研究提出了一种利用低强度组合激光场获得阿秒脉冲的新方案，对激光光源的发展有帮助。     

中红外激光相位测量及阿秒脉冲的产生

为了测量中红外激光相位及获得阿秒脉冲,采用高次谐波截止能量随激光相位改变而变化的方法,进行了中红外激光相位测量及阿秒脉冲输出的研究。引入一束少周期激光场后,组合场相位对谐波发射截止能量的影响要比单独中红外激光场相位对谐波截止能量的影响明显很多。因此,提出了一种利用谐波截止能量与相位角的对应关系测量多周期中红外激光相位的方法。同时理论研究了3束中红外激光场下发射高次谐波及阿秒脉冲的特点。结果表明,适当调节3束激光场的延迟时间和相位角,不仅谐波发射的截止能量得到了延伸,而且单一的量子路径也被选择出来对谐波发射起作用,形成了一个272eV的平台区;通过叠加谐波谱上的谐波,可获得一系列脉宽为34as的X射线光源。该研究对中红外激光相位测量及阿秒脉冲的输出是有帮助的。     

基于飞秒激光与物质相互作用的高次谐波产生及应用

飞秒强激光与物质相互作用后辐射出的高次谐波,具有单光子能量高、脉冲持续时间短、时空相干性好等特性,可以作为实验室台式化超快真空紫外和软X射线波段光源,同时高次谐波也可用于产生阿秒脉冲.这些先进光源的产生,极大地丰富了人类物质科学的研究手段.结合本课题组的高次谐波研究进展,介绍了气体高次谐波和固体高次谐波的产生原理、优化...     

极紫外阿秒脉冲的色散控制及束线设计

基于极紫外波段高次谐波产生(high-order harmonic generation, HHG)的光学选通技术已成为目前人们获得孤立阿秒脉冲(isolated attosecond pulse, IAP)的重要手段。由于IAP继承了驱动激光脉冲的光学属性和重复频率,因此具有良好的时空相干性和方向性。近转换极限极短脉宽IAP的产生不仅需要在极紫外区域有较宽的连续光谱支持,还需要对其所携带的本征色散进行补偿。据此,本文从理论上模拟计算了多组阿秒脉冲光谱、本征色散和金属膜材料色散的参数组合,在中心光谱98,120,170 eV附近的结果表明,选用不同厚度的锆膜、钼膜和锡膜对应中心能量的高次谐波可以实现色散补偿。最终确定120 eV中心光子能量加钼膜的组合有可能在较高的产生效率下产生近40 as的IAP。基于上述参数选择,设计了一套由非共线阿秒条纹相机和平场光谱仪组成的极紫外阿秒束线及相应的真空系统,该系统可用于高次谐波及阿秒脉冲的测量。     

极紫外啁啾多层膜反射镜产生亚飞秒脉冲

超短超强激光与稀有气体相互作用产生高次谐波获取亚飞秒脉冲是近年来超短超快光学的研究热点之一.具有谐波选择和啁啾补偿作用的极紫外啁啾多层膜反射镜是产生亚飞秒脉冲的有效元件.阐述了运用极紫外啁啾多层膜反射镜由高次谐波得到哑飞秒脉冲的机制,计算了特定实验条件下高次谐波产生过程中的啁啾,利用遗传算法完成了极紫外啁啾多层膜反射镜的设计,模拟分析了其产生亚飞秒脉冲的作用.结果表明,所设计极紫外啁啾多层膜反射镜能够获得半峰全宽为132 as的脉冲.     

剩余啁啾对自相关法测量超短脉冲脉宽的影响

为了研究待测超短脉冲存在剩余啁啾对2次谐波自相关法测量脉宽产生的影响,以2次谐波自相关法测量原理为出发点,采用2次耦合波方程数值模拟计算了中心波长800nm、脉宽100fs的超短激光脉冲存在不同啁啾量时,经过偏硼酸钡(β-BaB2O4,BBO)晶体Ⅰ类非共线相位匹配进行2次谐波自相关测量对测量结果的影响。分析发现,正啁啾使测量值比实际值偏大,负啁啾使测量值偏小;负啁啾比正啁啾对脉宽测量的影响更大,当脉冲的啁啾参量C=20时测量误差为23%,而C=-20时测量误差高达53%;且测量误差随啁啾量的增大而增大。模拟计算了非线性晶体厚度对脉宽测量的影响,结果表明,选取较薄的非线性晶体能够有效控制啁啾量引起的测量误差,使用非线性晶体的厚度L≤0.5Ld可将脉宽测量误差控制在理想的范围。     

飞秒激光啁啾的直观可行检测方法

基于飞秒脉冲相关干涉项含有脉冲的相位和频率信息,测量自相关二次谐波干涉条纹可见的振荡频率为?棕?子及2?棕?子两个谱分量的大小和形状,以及二次干涉自相关函数包络面积的大小和形状,可以得到飞秒激光脉冲啁啾大小的信息。另外,通过对二次干涉自相关(IAC)迹线求一阶导数得到的干涉自相关导数光谱(D?鄄MOSAIC)的峰谷与啁啾正负对应关系,找到了判定啁啾正负的方向因子即正弦函数因子,据此能够判断飞秒激光脉冲啁啾的正负。因此,采用能够满足光学相干探测基本条件的测量系统,利用二阶干涉自相关法可以用来检测飞秒脉冲激光的啁啾特性。     

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。     

利用高双折射光纤的色散效应产生微波脉冲

研究了一种基于啁啾高斯脉冲在高双折射光纤中的光学色散效应和干涉产生微波脉冲的新方法，推导了啁啾高斯光脉冲在经过色散延迟后产生的微波频率的解析表达式。输出的微波频率可以通过选择不同的光学系统参数和啁啾高斯脉冲参数实现控制。研究了不同啁啾参数对输出脉冲强度、脉冲持续时间和脉冲频率的影响，结果表明，输入脉冲啁啾参数的引入不仅可以提高输出脉冲的持续时间，还可以使所需脉冲频率实现约10％的可选范围。     

改进型多周期极化门产生高强度的阿秒脉冲

为了产生高强度单个阿秒脉冲,采用多周期极化门方案,利用空间非均匀极化门调控谐波辐射,在蝴蝶型纳米结构下产生高强度阿秒脉冲。结果表明,由于纳米结构表面的等离子共振增强现象,激光强度在空间呈非均匀性,导致高次谐波截止能量得到延伸,长量子路径对谐波的贡献被减弱;在极化门控制下,谐波平台区的贡献只来源于单一的谐波辐射能量峰,形成一个140eV的平台区;适当引入一束超短紫外光源,谐波强度增强2个数量级;通过叠加平台区的谐波,可获得一个持续时间在27as的超短脉冲,该脉冲强度比利用单一极化门方案获得的脉冲强度增强2个数量级。该研究对阿秒脉冲的产生以及阿秒科学的发展是有帮助的。     

初始啁啾对凸形色散平坦光纤超连续谱的影响

采用分步傅里叶方法数值研究了线性频率啁啾对高斯光脉冲在凸形色散分布平坦光纤中产生超连续(SC)谱的影响,并与啁啾双曲正割脉冲产生SC谱的情况进行了比较.结果表明:无啁啾高斯光脉冲的SC谱达到200 nm以上,其特性优于双曲正割脉冲的SC谱;获得最佳SC谱所需光纤长度随啁啾参量C增加而缩短;负啁啾时的SC谱特性劣于正啁啾时的特性,2种情况下的SC谱特性均劣于无啁啾时的SC谱特性,SC谱特性的劣化程度随|C|的增加而增大;在最佳SC谱对应的传输距离附近,高斯脉冲频谱质心随C的增加而红移且红移速度逐渐增加,比双曲正割脉冲的红移大且红移速度增加;高斯脉冲方均根频谱和脉宽随传输距离和随C增加逐渐展宽且展宽速度逐渐加快,比双曲正割脉冲的相应参量展宽得快且宽.