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.     

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。     

周期及亚周期量级超短脉冲激光的面积演化规律

系统地总结了超短脉冲激光在共振二能级原子系统中的传播特性，给出了周期量级飞秒脉冲激光及亚周期阿秒脉冲在介质中的面积演化规律。     

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。     

阿秒光学进展及发展趋势

自从2001年人们首次实现单个独立的阿秒(1 as=10~(-18) s)脉冲以来,阿秒脉冲作为超快光学最前沿的内容,在近20年的时间内得到了长足的发展,为人们在电子运动的自然时间尺度中观测量子世界的基本动力学过程提供了崭新的研究手段,并开启了阿秒科学这一全新的研究领域,覆盖了原子、分子、凝聚态物理、化学、生物等诸多学科的不同研究需求。随着飞秒激光驱动器技术的不断发展,目前阿秒脉冲不仅脉冲宽度突破了50 as,而且也进一步朝着更高单脉冲能量(高通量)、更短波长(高光子能量)、更高重复频率的方向发展。本文将结合高次谐波相位匹配及高能量飞秒超强激光、双色及多色相干合成飞秒激光、中红外飞秒激光、高重复频率飞秒激光等驱动技术,综述介绍阿秒脉冲在上述各方面的新进展,并展望了未来进一步的发展趋势。     

光栅掠入射脉冲染料激光器工作特性的研究

本文研究了无反馈腔结构的高损耗脉冲染料激光器和一般光栅掠入射结构的脉冲染料激光器的输出特性,分别获得了时间平均频带宽度为1.2GHz和2.5GHz的输出,本文还讨论了激光频带与腔参数的依赖关系,给定了光栅掠入射染料激光器的最佳工作条件。     

双色场辅助阿秒XUV光电离及其应用

当前测量阿秒脉冲宽度的方法大多基于基频光辅助原子的XUV光电离。我们采用由高强度的近红外激光和其倍频光组成的双色激光场作为XUV光电离过程的辅助激光。数值模拟结果表明双色场辅助的XUV光电离能从垂直方向探测到的光电子能谱出发有效地识别阿秒脉冲序列中脉冲的个数。     

静电场中高斯激光束与电子作用产生单个阿秒脉冲

提出了利用线极化的高斯光束穿过固体表面与其电 离的一个电子在Thomson散射作用下产生单个阿秒脉冲辐射的方法。发现了上述环境中有合 适大小均匀静电场的情况下可以产生单个阿秒 脉冲。分别研究了4种不同强度的静电场大小对处在光场半腰束位置的电子产生脉冲的影响 。结果显 示在相同参数,束腰半径r₀=5,脉冲宽度w₀=3,持续周期时间为200ms,P=1的情况下,四种不 同大小静电场环境中均可以产生阿秒脉冲。但是只有当高斯光速强度为5,静电场大小为归 一化的 E_s=5×10－4时,可以产生单个阿秒脉冲,脉冲宽度为16as。并且比无其他静电场产生脉冲的强度更 强,方向单一化。因此得出高斯强度E_s=5×10 －4的静电场与静止的单个电子作用可以得出单个阿秒脉冲辐射。     

10^—18sX射线单脉冲振荡

依赖于具有变化椭圆度和相对光谱宽度为Δｗ／ｗ＝０．０４的光脉冲高次谐波振荡，有望获得阿秒Ｘ射线单脉冲振荡。提出了一种从线性偏振光谱－受限激光脉冲中用线性光学法获得此类脉冲的方法。表明用这种脉冲产生的阿秒Ｘ射线脉冲能用光阑系统从总振荡场中分离，进入远场衍射带。     

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。     

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.     

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。     

利用块状介质进行飞秒强激光脉冲的腔外压缩

高强度飞秒激光脉冲的腔外压缩是获得高次谐波阿秒脉冲驱动源的必要手段.实验研究了超强超短飞秒激光脉冲在经过块状介质后的光谱展宽和色散补偿压缩现象.单脉冲能量0.26 mJ,脉宽50 fs的激光脉冲经透镜在空气中聚焦后再入射到块状材料上,出射脉冲光谱被展宽到接近40 nm.由于在块状材料中的自聚焦效应,出射光束质量变好并保持较小的空间啁啾.利用熔融石英棱镜对补偿带有正色散的出射脉冲,最后得到＞0.1 mJ,19 fs的压缩脉冲.利用SPIDER装置测量了出射脉冲的脉宽和光谱相位.整个系统的能量效率大约为35%,压缩后的激光脉冲具有很好的空间分布和平滑的时域包络.实验结果实现了利用块状材料对飞秒激光脉冲的腔外压缩,这种方法将适用于对更高能量飞秒脉冲的压缩.     

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。     

紫外飞秒激光的脉宽测量方法

相对于近红外波段的飞秒激光脉冲，紫外波段的飞秒脉冲由于具有单光子能量高、聚焦特性好、电离率高和成丝阈值低等优点，在高功率密度光场的产生、等离子体光物理等领域有着越来越广阔的应用前景，成为激光技术的研究热点。随着紫外飞秒激光技术的发展，传统的脉宽测量方法不能满足需求。指出了紫外飞秒激光脉宽测量研究的主要进展，讨论了目前可用于紫外飞秒激光脉宽的测量方法，主要有双光子荧光测量法、互相关法、简并四波混频法、多光子电离法，介绍了相关测量原理与特点。在此基础上，对紫外飞秒激光脉宽测量技术研究前景进行了展望。     

半周期波形调控产生超宽谐波光谱平台区

为了获得高强度超宽谐波光谱平台区,采用数值求解含时薛定谔方程的方法,提出利用多色组合场调控半周期波形来获得最佳半周期谐波辐射条件。结果表明,通过调节双色场啁啾参量可以获得最佳的负向半周期波形;通过调节啁啾延迟可以获得最佳的正向半周期波形;在上述波形下,谐波截止能量得到延伸;引入紫外激光场后,在紫外共振增强电离的影响下,可以使谐波强度得到增强;当紫外光能量满足单、双光子共振增强电离时,谐波强度增强明显;随着紫外光子能量减小,谐波强度增强效果减弱;通过叠加谐波平台区谐波还可获得脉宽在50as以下的单个脉冲。这一结果对高次谐波调控以及阿秒脉冲产生是有帮助的。