隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展,高強(qiáng)度的激光與原子、分子以及團(tuán)簇等相互作用會(huì)釋放出頻率為激光頻率高階倍的高能光子,即產(chǎn)生高次諧波的發(fā)射。由于高次諧波輻射可以產(chǎn)生阿秒尺度范圍的極紫外光源,并且使用這種超短的阿秒級(jí)激光脈沖可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微觀尺度下原子或分子中電子動(dòng)力學(xué)的實(shí)時(shí)觀測(cè)和控制,因此得到了越來越多的關(guān)注。經(jīng)典的三步模型可以解釋高次諧波的發(fā)射機(jī)制,首先電子通過勢(shì)壘發(fā)生隧穿電離,隨后電子在激光場(chǎng)的作用下加速,當(dāng)激光場(chǎng)的方向改變時(shí),電子反向加速與母核發(fā)生復(fù)合最終以高能光子的形式輻射出去。近年來,由于低于電離閾值的諧波可以產(chǎn)生真空紫外頻率梳,因此得到了人們的廣泛關(guān)注。盡管經(jīng)典的三步模型可以給出高次諧波產(chǎn)生的物理圖像,但是不能很好的解釋低能諧波的動(dòng)力學(xué)過程。另外,廣泛采用的強(qiáng)場(chǎng)近似方法由于忽略了束縛態(tài)的貢獻(xiàn),也不能用來描述低于電離閾值的高次諧波產(chǎn)生。低于電離閾值高次諧波的性質(zhì)要通過數(shù)值求解含時(shí)薛定諤方程來描述。本文通過廣義偽譜方法精確數(shù)值求解了氫原子在強(qiáng)激光場(chǎng)中的三維含時(shí)薛定諤方程,研究了氫原子在強(qiáng)激光場(chǎng)中發(fā)射低于電離閾值諧波譜對(duì)激光強(qiáng)度的依賴性。偽譜方法求解含時(shí)薛定諤方程具有以下優(yōu)點(diǎn),也就是根據(jù)原子中電... 

【文章來源】：西北師范大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：55 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

微觀世界結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)的時(shí)間尺度[4]

第1章緒論2日常時(shí)間中最小時(shí)間單位為秒（s），但是隨著對(duì)微觀世界的不斷探索，描述此過程需要在瞬態(tài)完成，快門相機(jī)的出現(xiàn)將時(shí)間尺度縮小為毫秒（ms）量級(jí),于是人們發(fā)現(xiàn)馬在奔跑的過程中，四個(gè)腳都是離開地面的。而觀測(cè)原子的動(dòng)力學(xué)過程時(shí)間尺度一般是在飛秒量級(jí)，于是要觀測(cè)動(dòng)力學(xué)行為就必須使得激光脈寬要達(dá)到飛秒量級(jí)（151fs10s），所以出現(xiàn)了飛秒激光脈沖。而原子周圍電子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間尺度一般發(fā)生在更短的阿秒（181as10s）量級(jí)，阿秒脈沖一般用于電子的隧穿電離和內(nèi)殼層電子的弛豫過程的超快過程觀測(cè)與控制，因此阿秒脈沖可以用來研究電子的運(yùn)動(dòng)過程，所以人們致力于獲得更短的阿秒脈沖的研究[5-11]。圖1.2激光強(qiáng)度的發(fā)展歷程[4]1958年Schawlow等人首先提出了OpticalMaser技術(shù)在紅外和光學(xué)領(lǐng)域的擴(kuò)展方法[12]，隨后1960年Maiman等人研究并制造了世界上首臺(tái)紅寶石固態(tài)激光器并且證明了光學(xué)脈澤具有相干性和受激輻射的性質(zhì)[13,14]，“光學(xué)脈澤”一詞最初用于技術(shù)文獻(xiàn)，后來用“激光”所取代，這就產(chǎn)生了基于激光脈澤原理的振蕩器和放大器。由于激光具有很好的相干性、方向性、單色性等獨(dú)特的性質(zhì)，所以激光器的突然出現(xiàn)徹底顛覆了人們對(duì)于微觀領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)，使我們發(fā)現(xiàn)了更多的非線性光學(xué)現(xiàn)象。圖1.2展示了激光強(qiáng)度的發(fā)展歷程。初期，激光采取自由輸出的形式來實(shí)現(xiàn)，這種形式下的激光強(qiáng)度能夠達(dá)到23W/cm10。隨后Q-modulation技術(shù)以及Mode-locked技術(shù)[15-20]的相繼出現(xiàn)將激光脈沖從毫秒（s10ms13）量級(jí)提高到納秒（s10ns19）、皮秒（s10ps112）量級(jí)并且激光強(qiáng)度可以達(dá)到215cm/W10量級(jí)，于是能夠得到脈沖強(qiáng)而短且多周期的激光。后來十年內(nèi)，由于激光放大器材

第1章緒論3料和光學(xué)損耗，使得激光強(qiáng)度的峰值強(qiáng)度達(dá)到了一個(gè)瓶頸，盡管每個(gè)脈沖中的光子數(shù)量僅略有增加，直到1985年法國籍科學(xué)家Mourou和他的學(xué)生Strickland提出了啁啾脈沖放大技術(shù)（ChirpedPulseAmplification,CPA）[21-23]，將激光強(qiáng)度提高了近10個(gè)量級(jí)，從而也將激光裝置的體積和成本降低了許多，因此Mourou和Strickland一起獲得了2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。CPA的原理如圖1.3所示，首先將連續(xù)波鎖模(Nd：YAG)產(chǎn)生150ps的種子脈沖激光源，并且使用單模非保偏光纖作為展寬器。當(dāng)這束種子脈沖激光經(jīng)過展寬器之后，脈沖的峰值功率會(huì)被大大的縮減。然后將激光入射到硅酸鹽釹的激光放大器中，這樣保證了元器件不會(huì)因?yàn)榫劢剐?yīng)而損壞。最后將放大之后的啁啾脈沖激光入射到由一對(duì)平行光柵組成的壓縮器。這樣做的目的是將光柵對(duì)的負(fù)色散補(bǔ)償和抵消展寬器的附加的正色散，最終得到了脈寬為2ps，脈沖能量為1mJ，中心波長為1.062μm的激光脈沖，從而大大提高了激光脈沖的強(qiáng)度。圖1.3啁啾激光脈沖放大技術(shù)簡圖[24]隨著激光強(qiáng)度的不斷發(fā)展，使得觀測(cè)和控制原子內(nèi)部電子的動(dòng)力學(xué)過程逐漸可行。當(dāng)超短的紅外激光束通過非線性頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)產(chǎn)生紫外（UV）或極紫外（XUV）次飛秒光束時(shí)，“阿秒”開始進(jìn)入物理學(xué)家的研究領(lǐng)域。從二十世紀(jì)末至今，隨著對(duì)微觀世界的不斷探索，在研究原子中電子的運(yùn)動(dòng)情況時(shí)阿秒量級(jí)的激光脈沖發(fā)揮著重要作用。因此如何獲得更短的阿秒脈沖也就成為了強(qiáng)場(chǎng)物理的重要研究課題。近來，歐盟極端光基礎(chǔ)設(shè)施（ELI）項(xiàng)目將在歐洲建立一個(gè)激光研究設(shè)施，將為國際科學(xué)用戶群體打造世界級(jí)激光研究能力，用于研究高強(qiáng)度光與物質(zhì)相互作用。該項(xiàng)目主要設(shè)在三個(gè)地點(diǎn)：位于匈牙利的“阿秒激光脈沖源”設(shè)施（ELI-ALPS）、位于捷克共和國的“粒子與X射

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]三色圓偏振激光組合脈沖驅(qū)動(dòng)氦原子產(chǎn)生橢圓偏振的阿秒脈沖[J]. 王志斌,焦志宏,周效信.  原子與分子物理學(xué)報(bào). 2020(01)
[2]Role of the dressed and bound states on below-threshold harmonic generation of He atom[J]. 周建偉,焦志宏,李鵬程,周效信.  Chinese Physics B. 2019(10)
[3]探索亞原子世界的利器——阿秒光脈沖[J]. 周勝鵬,劉愛華.  現(xiàn)代物理知識(shí). 2019(03)
[4]啁啾脈沖放大技術(shù)——從超快激光技術(shù)到超強(qiáng)物理世界[J]. 魏志義,王兆華,滕浩,韓海年,常國慶.  物理. 2018(12)
[5]Low-order harmonic generation of hydrogen molecular ion in laser field studied by the two-state model[J]. 杜玲玲,王國利,李鵬程,周效信.  Chinese Physics B. 2018(11)
[6]原子發(fā)射高次諧波的優(yōu)化控制和動(dòng)力學(xué)分析[J]. 王國利,李鵬程,李小勇,趙松峰,周效信.  中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2017(03)
[7]改進(jìn)的Morlet小波及其變換[J]. 姬戰(zhàn)懷,嚴(yán)勝剛.  計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用. 2016(14)
[8]極端光設(shè)施:使命與挑戰(zhàn)[J]. Gérard Mourou.  光學(xué)與光電技術(shù). 2012(03)
[9]強(qiáng)激光場(chǎng)中原子的束縛態(tài)和連續(xù)態(tài)對(duì)高次諧波的影響[J]. 周效信,李白文.  物理學(xué)報(bào). 2001(10)

博士論文
[1]強(qiáng)激光場(chǎng)下光電子超快動(dòng)力學(xué)的理論研究[D]. 劉金磊.國防科技大學(xué) 2018
[2]Morlet小波變換理論與應(yīng)用研究及軟件實(shí)現(xiàn)[D]. 羅光坤.南京航空航天大學(xué) 2007

碩士論文
[1]強(qiáng)場(chǎng)下氫分子高次諧波發(fā)射及孤立阿秒脈沖的產(chǎn)生[D]. 田艷榮.吉林大學(xué) 2019
[2]原子在強(qiáng)激光場(chǎng)中產(chǎn)生高次諧波的時(shí)頻特性研究[D]. 焦元祥.西北師范大學(xué) 2016
[3]基于DCT的實(shí)值離散Gabor變換及其快速算法[D]. 魏道昀.安徽大學(xué) 2007



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