任意偏振双色相干场高次谐波

系统地研究了任意偏振双色相干场高次谐波，结果表明单个圆偏振光不能产生高次谐波，在适当的条件下，某些谐波可以部分或完全消失，而某些谐波可以得到加强，产生更高次谐波高转换效率的条件是双色线偏振场的结合。     

基于百太瓦级激光系统驱动的高能量13 nm波段高次谐波产生

利用百太瓦级激光系统在氖气(Ne)中得到基于高次谐波产生的极紫外脉冲。通过松聚焦结构在13 nm波段产生单级次单脉冲能量为13.5 nJ (13.1 nm波长)和11.1 nJ (13.5 nm波长)的高次谐波辐射,转换效率为3.6×10^-7和3.0×10^-7,谐波发散角的半高全宽为0.32 mrad和0.33 mrad。对含时薛定谔方程进行数值求解,得到单原子偶极发射谱,结合麦克斯韦方程组模拟传播效应,同时考虑气体对谐波的吸收效应,理论模拟得到的信号强度随气压和光强的变化趋势与实验结果基本符合。实现相位匹配的谐波光束质量很好,纵向空间分布为高斯型。结合相位匹配条件和空间分布的分析得到了目前激光参数下的最优相位匹配条件。这种基于高次谐波机制的高能量相干极紫外光源在作为自由电子激光的种子光源以及超快非线性实验和半导体工业检测等方面具有广阔的应用前景。     

高次谐波产生阿秒极紫外和X光脉冲研究新进展

 近年来在可见光谱范围内已经把激光脉冲压缩到接近一个光学周期(2～3 fs)的物理极限,几fs的时间分辨精度可以描述分子化学反应过程,但是要探测远小于可见光周期的电子跃迁过程则需要阿秒(as)量级的光脉冲。利用脉冲间具有相同载波包络相位的阿秒脉冲序列能把可见光波段的光学频率梳向极紫外波段扩展;利用电子和离子碰撞复合过程短于一个光周期这个时间窗,通过测量激光场椭圆极化率对电子轨迹的微扰实现了as精度的分辨率;通过测量碰撞复合过程中的高能电子的辐射谱可以重构阿秒X光脉冲以及探测强场下束缚态和连续态电子动力学。     

相对论圆偏振激光与固体靶作用产生高次谐波

超短超强激光与固体靶表面等离子体相互作用可以通过高次谐波的方式产生从极紫外到软X射线波段的相干辐射,获得飞秒甚至阿秒量级的超短脉冲,可用于观测原子或分子中的电子运动等超快动力学过程.本文实验研究了相对论圆偏振飞秒激光与固体靶相互作用的高次谐波产生过程,实验结果表明,在较大入射角下,圆偏振激光也可以有效地产生高次谐波辐射.通过预脉冲控制靶表面的预等离子体密度标长,发现高次谐波的产生效率随密度标长的增加而单调下降.进一步通过二维粒子模拟程序,分析了激光的偏振以及预等离子体密度标长对高次谐波产生的影响,很好地解释了实验观测结果.     

相位匹配法在毛细管波导中产生高次谐波的分析

在理论上研究了超短强激光脉冲与毛细管中惰性气体相互作用产生高次谐波的最佳相位匹配条件,在计算中发现了特定级次 相位匹配中截止驱动光强的存在。分析表明要想使高次谐波获得相位匹配,需要超短脉宽的驱动脉冲以及电离能大的气体工作介质。讨论了毛细管波导中的强场高次谐波选择性并指出了改善谐波选择性的措施。     

强场高次谐波辐射过程中的相位匹配

从实验上定性地研究了强 辐射过程中位相匹配的作用与影响,主要通过改变气体密度、激光强度和光束的共焦参数来研究相位对高闪谐波辐射的影响。从改善高次谐波辐射过程中的相位匹配来考虑,气体攻激光强度都有一最佳值。利用大的共焦参数,可以明显改善相位匹配,提高谐波输出的转换效率。     

原子发射高次谐波偏振态的调控

利用分裂算符法数值求解二维含时薛定谔方程研究了He原子在反旋双色组合激光场(由椭圆极化的基频场与圆极化的三倍频场构成)中产生高次谐波的偏振特性.研究结果表明,改变基频场的椭偏率、强度及相位可实现对高次谐波偏振态从圆偏振到椭圆偏振以及线偏振的完全调控,为实验室产生偏振态可控的紫外-软X射线光源提供了参考.     

圆偏振激光附加太赫兹场作用下的高次谐波发射和孤立阿秒脉冲的产生

本文通过数值求解二维含时薛定谔方程,研究了圆偏振激光和太赫兹组合场作用下,H+2的高次谐波发射和孤立阿秒(1 as=10-18s)脉冲的产生.研究发现,无论在圆偏振激光场的x或y方向附加一个太赫兹场,都可以产生一个比较平滑的连续谐波谱.通过时频分析我们发现,高次谐波的贡献主要来自于短轨道.适当选取一些级次的连续谐波进行叠加,可以得到129 as或83 as的孤立阿秒脉冲.     

圆偏振激光附加太赫兹场作用下的高次谐波发射和孤立阿秒脉冲的产生

本文通过数值求解二维含时薛定谔方程,研究了圆偏振激光和太赫兹组合场作用下,H2+的高次谐波发射和孤立阿秒脉冲的产生。研究发现,无论在圆偏振激光场的 或 方向附加一个太赫兹场,都可以产生一个比较平滑的连续谐波谱。通过时频分析我们发现,高次谐波的贡献主要来自于短轨道。适当选取一些级次的连续谐波进行叠加,可以得到129 as或83 as的孤立阿秒脉冲。     

电四极矩对高次谐波产生的贡献

通过数值求解强场近似下单电子原子的含时薛定谔方程,研究了在强线偏振激光场下,氢原子电四极矩对高次谐波产生的贡献.研究结果表明,在强激光场的作用下,在偶极矩的影响下氢原子能够产生奇次谐波,当激光场强度增加到一定值时,氢原子在电四极矩的作用下产生了偶次谐波.根据谐波功率谱和时频分析图并结合半经典三步模型分析了偶次高次谐波产生机制,并对产生的物理现象做出了合理的解释.     

靶源位置对强场高次谐波相位匹配的影响

为提高强激光场与惰性气体靶作用产生的孤立阿秒激光脉冲的能量,给出了一种实现高次谐波过程中最佳谐波相位匹配的定量实验方法。研究了气体靶源与高斯型驱动激光场聚焦点相对空间位置对谐波相位匹配及谐波产率的影响,得出了其最佳相位匹配位置始终位于驱动激光场聚焦点后3~5 mm,而在聚焦点之前的位置区域,严重的高次谐波相位失配导致谐波产率非常低。同时,在最佳相位匹配条件下,高次谐波场与驱动场具有相类似的空间强度分布特性,该结果印证了目前通常采用的高次谐波场为高斯光束的假设。     

高功率半导体激光器倍频实现紫外光输出

采用中心波长780 nm、线宽0.13 nm的体布拉格光栅外腔半导体激光作为基频光,基于Ⅰ类相位匹配的三硼酸锂晶体(LBO),获得了中心波长为390 nm的倍频光输出,输出功率30 μW,转换效率0.01%,为高功率紫外光束的实现提供了新的技术路线。     

高斯涡旋光束在自由空间传输中电场和磁场的偏振奇点

利用矢量菲涅尔衍射积分公式, 以高斯涡旋光束为例, 推导出傍轴高斯涡旋光束在自由空间传输过程中电场分量和磁场分量的解析表达式, 详细研究了自由空间中电场和磁场的偏振奇点变化规律. 结果表明, 高斯涡旋光束在自由空间传输中, 存在二维和三维电场和磁场的偏振奇点, 其位置一般不重合. 改变光束束腰宽度比、 振幅比以及传输距离, 偏振奇点出现移动. 在二维电场和磁场中, 当满足一定条件时, 会有V点产生.     

Polarization singularities in near-field of Gaussian vortex beam diffracted by a circular aperture

Polarization singularities in the near-field of Gaussian vortex beams diffracted by a circular aperture are studied by a rigorous electromagnetic theory.It is shown that there exist C-points and L-lines,which depend on off-axis displacement parameters along the x and y directions,waist width,wavelength,and topological charge of the diffracted Gaussian vortex beam,as well as on propagation distance.The results are illustrated by numerical calculations.     

采用双脉冲提高谐波谱的谱线密度

通过计算线偏振双脉冲激光场与一维氢原子模型相互作用产生的高次谐波辐射谱的含时Schrdinger方程. 研究发现,选用适宜的双脉冲激光组合可以增加谐波谱的密度,这样的谐波谱特别适合作为产生孤立阿秒脉冲的光源. 详细地分析了谐波谱线密度增加的物理机理,给出不同脉宽与谐波谱线密度增加的关系,从而可以有针对性地控制谐波谱线的疏密程度. 关键词： 高次谐波 阿秒脉冲 双脉冲     

Carrier-envelope phase measurement using plasmonic-field-enhanced high-order harmonic generation of H atom in few-cycle laser pulses

We investigate the plasmonic-field-enhanced high-order harmonic generation (HHG) of H atom driven by few-cycle laser pulses, by solving the time-dependent Schrödinger equation (TDSE). Compared with the homogeneous field, HHG spectra generated by inhomogeneous field exhibit two-plateau structure. We analyze the origin of the two plateaus by using the semiclassical trajectory method. Our results from both classical and TDSE simulations show that the cutoffs of the two plateaus are dramatically affected by the carrier-envelope phase (CEP) of laser pulse in the inhomogeneous field, even for a little longer pulse. Thus, we can determine the CEP of driving laser based on the cutoff position of HHG generated in the inhomogeneous field.     

双色激光场中极端远紫外超连续谱相干辐射产生

通过脉宽为周期量级的超快强场激光脉冲与惰性气体原子的极端非线性相互作用,能够产生单个的阿秒量级的极端远紫外光脉冲。然而,现有的周期量级的激光脉冲的最短脉宽仍在两个光周期左右,尚不足以支持产生脉宽短于100as的单个极端远紫外脉冲。文章作者首次提出通过在一个周期量级(如6fs)激光脉冲上再叠加一个强度较弱但相对位相精确控制的二倍频激光,能够直接实现单个的65as光脉冲。如进一步经过位相补偿,将有望产生一个脉宽仅为23as的单脉冲,从而将阿秒光脉冲的时间宽度推进到短于一个原子时间单位。     

Bohmian mechanics to high-order harmonic generation

This paper introduces Bohmian mechanics (BM) into the intense laser-atom physics to study high-order harmonic generation. In BM, the trajectories of atomic electron in an intense laser field can be obtained with the Bohm--Newton equation. The power spectrum with the trajectory of an atomic electron is calculated, which is found to be irregular. Next, the power spectrum associated with an atom ensemble from BM is considered, where the power spectrum becomes regular and consistent with that from quantum mechanics. Finally, the reason of the generation of the irregular spectrum is discussed.     

利用空间非均匀场偏振门方案产生超短的X射线光源

理论提出了一种利用空间非均匀场偏振门方案延伸高次谐波截止能量以及获得超短X射线光源的方法。计算结果表明, 当适当调节两束圆偏振激光场的延迟时间以及空间非均匀参数时,不仅高次谐波谱的平台区域能得到很大的扩展,并且谐波谱上的干涉也明显减小,形成了一个由单一量子路径贡献而成的310eV的超长平台区。谐波相位分析显示,平台区谐波相位呈线性分布。最后,通过适当的叠加谐波平台上的谐波, 可获得一系列相位稳定的脉宽在50as以下的超短X射线光源。     

利用空间非均匀场偏振门方案产生超短的X射线光源

理论提出了一种利用空间非均匀场偏振门方案延伸高次谐波截止能量以及获得超短X射线光源的方法。计算结果表明, 当适当调节两束圆偏振激光场的延迟时间以及空间非均匀参数时,不仅高次谐波谱的平台区域能得到很大的扩展,并且谐波谱上的干涉也明显减小,形成了一个由单一量子路径贡献而成的310eV的超长平台区。谐波相位分析显示,平台区谐波相位呈线性分布。最后,通过适当的叠加谐波平台上的谐波, 可获得一系列相位稳定的脉宽在50as以下的超短X射线光源。