多光周期脉冲驱动不对称分子产生单阿秒脉冲

研究了激光与不对称分子相互作用产生高次谐波及阿秒脉冲的特性,提出了采用多光周期脉冲产生单阿秒脉冲的新机制.发现利用不对称分子可以获得相位一致的阿秒脉冲,从而可以更加精确地控制和测量超快过程.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

分子与强激光场相互作用的最新研究进展

随着阿秒激光的出现,人们可以深入原子内部研究大约100 as时间尺度内电子的运动,这为研究阿秒时间分辨率下电子与离子碰撞,高次谐波产生等物理过程提供了机会.目前,在实验方面正致力于研究如何产生更短的阿秒激光脉冲,理论上则注重对多电子电离和高次谐波产生等物理过程进行拟合.     

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。     

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。     

阿秒啁啾的动态补偿

强场高次谐波(HHG)与阿秒脉冲的产生是重要的前沿科学研究领域。阿秒脉冲以前所未有的精度探测超快电子动力学以及可     

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.     

啁啾场调控的高次谐波空间分布及孤立阿秒脉冲产生

理论研究了氢分子离子在波长800nm短周期啁啾脉冲方案下的高次谐波发射与孤立阿秒脉冲产生。经计算发现,当选取合适的啁啾参数时可以限制高次谐波同时由两核发射,从而减弱其空间的相互干涉,得到光滑连续且只有单核贡献的高次谐波谱平台区域。当啁啾参数β=6、激光脉冲半峰全宽τ0=5fs时,通过在单核贡献的连续谱上截取100阶谱线宽度合成了持续时间约为98as的孤立阿秒脉冲。同时通过另一组参数计算也验证了当两核对高次谐波谱均有贡献时,不利于阿秒脉冲的产生。讨论中使用了经典的回碰动能图和时频分布图来解释高次谐波谱发射的物理机制。     

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.     

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。     

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.     

利用自研阿秒条纹相机测得159as孤立阿秒脉冲

为了精确地测量阿秒脉冲的特性,自主研制了一套具有高能量分辨率的阿秒条纹相机,该相机采用了电子飞行距离长达2 m的磁瓶式结构电子飞行时间谱仪,可在提高能量分辨率的同时具有较高的光电子收集效率;在该设备的光路系统中实现了NIR飞秒脉冲与XUV阿秒脉冲延时扫描的稳定精度20 as(均方根)。实验中采用双光选通门技术整形飞秒脉冲的光电场,在氖气池中产生了孤立阿秒脉冲。利用上述阿秒条纹相机测量该脉冲,获得了阿秒光电子条纹谱,通过基于单频滤波的相位重构算法得到159 as的孤立阿秒脉冲。     

基于液晶空间光调制器的复振幅全息显示进展

计算全息能够在计算机中实现光学全息的波前衍射计算与波前数字编码,并通过相干光照射全息图重建物光波前。但其空间带宽积受现有数字调制器件限制,光学重建受振幅编码或相位编码引入的噪声影响。复振幅全息利用现有的光电调控器件实现全息图复振幅波前编码,避免振幅项或相位项的损失,兼有高运算效率、高空间带宽积和高重建精度等优势。基于双相位的复振幅光场调控方法因其理论完备性高、光学系统方案成熟,在复振幅计算全息领域具有广阔的应用前景,是全息三维显示重要的发展方向。本文综述了复振幅计算全息的原理与研究进展,分析已报道的复振幅全息方案,重点介绍复振幅的双相位调制原理与基于双相位原理的液晶空间光调制器复振幅全息显示系统。     

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。     

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.     

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。