發(fā)布時間：2020-06-03 05:04

【摘要】：激光與物質(zhì)的相互作用長久以來一直是物理學中最前沿、最活躍的研究領域之一。近些年來,由于超短強激光脈沖技術的快速發(fā)展,人們開始研究強激光與凝聚態(tài)物質(zhì)相互作用,并觀察到了一系列新奇的超快動力學現(xiàn)象。固體高次諧波就是這眾多現(xiàn)象中備受關注的一種。當前,固體高次諧波研究領域的核心問題是理解諧波的產(chǎn)生機制和控制諧波的產(chǎn)生過程,而利用驅(qū)動激光的橢圓率控制高次諧波發(fā)射是研究高次諧波產(chǎn)生機制最常見且有效的方法。因此,最近幾年,固體高次諧波隨激光橢圓率變化的關系被大量的實驗工作所研究。然而,理論研究的缺乏卻嚴重阻礙了人們對于這些實驗結果的理解。基于以上動機,本文從氧化鋅模型入手,理論上研究了固體高次諧波的橢圓率依賴。第一,我們利用新構建的氧化鋅模型研究了其高次諧波的橢圓率依賴。在較弱的激光電場下,我們成功地再現(xiàn)了纖鋅礦氧化鋅實驗中觀察到的高次諧波橢圓率依賴,發(fā)現(xiàn)諧波的強度隨著入射激光橢圓率的增加而單調(diào)減少,并且高階諧波的衰減速率比低階快。當增加激光場強時,高次諧波譜顯示出有趣的特征:低階諧波被強烈地抑制,而高階諧波隨著橢圓率的增加而增強,表現(xiàn)出類似于單晶氧化鎂實驗中觀察到的反常橢圓率依賴。同樣的,我們增加激光波長也觀察到了類似的諧波橢圓率依賴轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。計算結果表明固體中不同類型的橢圓率依賴之間具有很強的聯(lián)系。第二,我們利用時頻分析和電子空穴再碰撞模型研究了高次諧波橢圓率依賴轉(zhuǎn)變的機制。研究表明,引起橢圓率依賴性變化的關鍵機制是動態(tài)布洛赫振蕩與各向異性帶結構之間的耦合。首先,增加激光強度或波長會導致電子越過第一布里淵區(qū)邊界,并發(fā)生動態(tài)布洛赫振蕩。而動態(tài)布洛赫振蕩會誘導出對激光橢圓率不太敏感的新量子路徑。其次,各向異性能帶結構會使得具有有限橢圓率的激光脈沖將電子-空穴對驅(qū)動到具有較大帶隙的位置,從而拓展了諧波譜的截止位置。新量子路徑與諧波譜截止位置拓展的結合最終導致了反常的橢圓率依賴的出現(xiàn)。我們的分析首次向大家揭示了動態(tài)布洛赫振蕩對于氧化鋅高次諧波橢圓率依賴的重要性。
【圖文】：

激光技術的發(fā)展歷史自二十世紀六十年代世界第一臺激光器在美國加州問世以來 [1, 2]，激光技術就一直朝著強度更強、脈寬更窄的方向發(fā)展。圖1-1描述了不同時期激光功率和脈寬的變化。我們可以看到每一次的技術突破，都使得激光功率大幅增強，脈寬不斷壓縮。圖 1-1: 激光器的發(fā)展歷史。(a)：激光功率增強的歷史，引自文獻 [3]；(b)：激光脈寬壓縮的歷史，引自文獻 [4]。首先是六十年代初，調(diào) Q 技術（Q-switching）的發(fā)展使得人們實現(xiàn)了峰值功率為兆瓦（ W）、脈寬為納秒（ s）[5] 的激光脈沖輸出。緊接著，1966 年鎖模技術（Mode locking）的出現(xiàn)進一步將激光的強度提升到了吉瓦（ W），脈寬壓縮到皮秒（ s）[6 8]。進入七十年代后，鎖模技術不斷發(fā)展并成熟，使得激光強度也進一步的提升

以及高階的截止區(qū)。引自文獻 [26]。此后，高次諧波的研究就一直備受關注，并且人們發(fā)現(xiàn)高次諧波譜具有以下特征，如圖1-2所示：（1）在微擾區(qū)中，高次諧波的強度隨著階次的增加迅速降低，這個現(xiàn)象可以通過微擾理論理解；（2）進入平臺區(qū)后，諧波強度幾乎不隨階次的增加而發(fā)生明顯變化；（3）高次諧波譜存在一個明顯的截止頻率，截止頻率以后的諧波強度也會隨著階次的增加迅速降低。由于平臺區(qū)和截止區(qū)高次諧波的出現(xiàn)已經(jīng)無法用微擾理論解釋，因此人們對于高次諧波譜截止頻率的存在一直無法理解。直到 1993 年，，Corkum 等人提出了“半經(jīng)典三步模型”[27]，如圖1-3所2
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O469;TN24

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本文編號：2694340