本文關(guān)鍵詞：飛秒光絲相互作用的動(dòng)力學(xué)研究和原子、分子體系的量子相位操控

  更多相關(guān)文章： 超短脈沖 多光絲作用 等離子體光柵 泵浦-探測(cè)測(cè)量 量子相位操控

【摘要】：由于克爾自聚焦效應(yīng)和等離子體散焦效應(yīng)之間的動(dòng)力學(xué)平衡,超短強(qiáng)激光脈沖在傳輸過(guò)程中可形成光絲。最近,研究發(fā)現(xiàn)兩非共線的光絲相互作用可產(chǎn)生等離子體光柵,并這一發(fā)現(xiàn)迅速地成為了飛秒光絲研究的熱點(diǎn)。本文的第一部分以飛秒激光成絲為課題,主要研究以下內(nèi)容：首先,研究了超連續(xù)譜的錐角輻射以及超短強(qiáng)激光脈沖在BK7玻璃和熔融石英中的成絲效應(yīng),并進(jìn)行了理論模擬計(jì)算。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)錐角輻射的強(qiáng)度由入射激光的功率密度和樣品的厚度來(lái)決定。重點(diǎn)研究了錐角輻射的角分布,發(fā)現(xiàn)紫外波段錐角輻射的角分布不符合切倫科夫輻射理論,我們提出了改進(jìn)的X-Waves模型。其次,以空氣為介質(zhì)研究了等離子體光柵與探測(cè)光絲相互作用過(guò)程中等離子體熒光輻射和三次諧波的產(chǎn)生。通過(guò)研究等離子體熒光輻射的連續(xù)譜和線狀譜的產(chǎn)生機(jī)制來(lái)探究多絲間作用的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。同時(shí),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過(guò)與等離子體光柵作用,探測(cè)光絲的三次諧波可以被有效的增強(qiáng)和展寬,并且三次諧波的強(qiáng)度依賴(lài)于探測(cè)光和等離子體光柵間的夾角、延遲時(shí)間、相對(duì)偏振等。再次,研究了等離子體光柵與探測(cè)光絲作用過(guò)程中的超連續(xù)譜輻射、能量交換以及探測(cè)光絲的時(shí)空分裂。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了超連續(xù)光譜的產(chǎn)生和探針脈沖的核心能量隨延遲時(shí)間的變化,并記錄了光絲的遠(yuǎn)場(chǎng)圖樣。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)探測(cè)光絲和等離子體光柵間存在能量交換,探測(cè)光絲能量的最大轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)到42%。能量轉(zhuǎn)換率和方向隨著延遲時(shí)間的變化而變化。應(yīng)用非線性吸收的時(shí)域模型解釋了能量交換過(guò)程,并計(jì)算得出了非線性折射系數(shù)。等離子體光柵能夠?qū)е绿綔y(cè)脈沖在時(shí)空上的分裂,分裂間距處于102μm量級(jí)。分裂間距取決于探測(cè)光絲和等離子體光柵的交叉角度。并結(jié)合理論計(jì)算,對(duì)探測(cè)光絲的時(shí)空分裂給出了合理的解釋。光與物質(zhì)的相互作用可以由系統(tǒng)的偶極子響應(yīng)來(lái)描述,它與系統(tǒng)極化率成正比。最近,基于泵浦-探測(cè)技術(shù),反轉(zhuǎn)泵浦和探測(cè)脈沖到達(dá)靶物質(zhì)的順序,觀察相關(guān)的量子動(dòng)力學(xué)過(guò)程成為了光與物質(zhì)相互作用研究的最新熱點(diǎn)。探測(cè)脈沖作為激發(fā)脈沖觸發(fā)一個(gè)量子體系,泵浦脈沖隨后與該體系作用,其偶極子的振蕩相位會(huì)受到調(diào)制作用而導(dǎo)致吸收譜線型的的改變,該效應(yīng)被稱(chēng)為量子相位操控機(jī)制�；谶@一概念,本文的第二部分工作系統(tǒng)地研究原子、分子系統(tǒng)的光偶極子響應(yīng)：首先,基于周期性的相位調(diào)控機(jī)制,提出了一種產(chǎn)生任意波段的頻率梳的新方法。頻率梳主要由原子系統(tǒng)的性質(zhì)和相位操控的參數(shù)所決定,并給出了表征頻率梳的理論分析公式�；诂F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和光源,從理論上給出了一種在soft-x-ray波段產(chǎn)生頻率梳的實(shí)驗(yàn)方案。隨后,相位控制理論被推廣到了更為復(fù)雜的大分子體系(IR144甲醇溶液)。同時(shí),發(fā)展了一種模擬大分子瞬態(tài)吸收譜的理論模型,能和實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好地符合。證明了相位操控理論具有廣泛的適用性。其次,在一個(gè)V-型三能級(jí)系統(tǒng)中進(jìn)行泵浦-探測(cè)測(cè)量,研究了系統(tǒng)的時(shí)間演化。時(shí)間延遲的兩超短脈沖激發(fā)和耦合系統(tǒng)的兩個(gè)共振過(guò)程,研究波包的量子動(dòng)力學(xué)過(guò)程與探測(cè)脈沖的瞬態(tài)吸收譜的關(guān)聯(lián)性。通過(guò)分析系統(tǒng)的量子演化,從瞬態(tài)吸收譜的變化中提取原子系統(tǒng)的相位信息。對(duì)原子的相位和瞬態(tài)吸收譜的內(nèi)在聯(lián)系的理解對(duì)光與物質(zhì)相互作用中復(fù)雜的原子和分子體系的相位的重建意義重大。利用脈沖整形裝置改變泵浦脈沖的形狀,并研究相對(duì)應(yīng)的探測(cè)脈沖的瞬態(tài)吸收譜。同時(shí),也應(yīng)用雙泵浦進(jìn)行探測(cè)脈沖的吸收譜測(cè)量,研究其對(duì)體系的躍遷過(guò)程的操控。
【關(guān)鍵詞】：超短脈沖 多光絲作用 等離子體光柵 泵浦-探測(cè)測(cè)量 量子相位操控
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O437
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 引言11-25
• 1.1 飛秒激光成絲11-17
• 1.1.1 飛秒激光成絲現(xiàn)象簡(jiǎn)介11
• 1.1.2 飛秒激光成絲現(xiàn)象的物理機(jī)制11-14
• 1.1.3 光絲中存在的若干非線性效應(yīng)14-17
• 1.2 多絲的形成及光絲間相互作用17-19
• 1.2.1 多絲的形成17
• 1.2.2 多光絲間的相互作用17-19
• 1.3 原子體系泵浦-探測(cè)測(cè)量19-22
• 1.3.1 線型吸收理論20-21
• 1.3.2 波包動(dòng)力學(xué)21-22
• 1.4 本文的研究方向及意義22-25
• 第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和裝置25-42
• 2.1 飛秒激光系統(tǒng)25-27
• 2.1.1 Quantronix飛秒激光系統(tǒng)25-27
• 2.1.2 Femtolaser飛秒激光系統(tǒng)27
• 2.2 光譜儀27-29
• 2.2.1 Ocean Optics便攜式光譜儀28
• 2.2.2 McPherson高分辨光柵光譜儀28-29
• 2.3 脈沖整形29-37
• 2.3.1 脈沖整形裝置29-33
• 2.3.2 整形脈沖33-34
• 2.3.3 脈沖的表征34-37
• 2.4 實(shí)驗(yàn)裝置37-42
• 2.4.1 錐角輻射角分布的測(cè)量裝置37-38
• 2.4.2 等離子體光柵產(chǎn)生及應(yīng)用裝置38-39
• 2.4.3 吸收譜測(cè)量裝置39-42
• 第三章 高能飛秒脈沖誘導(dǎo)紫外錐角輻射42-52
• 3.1 角分布測(cè)量方法42-43
• 3.2 傳播模型43-44
• 3.3 結(jié)果與討論44-50
• 3.3.1 截止波長(zhǎng)與激光功率密度44-46
• 3.3.2 截止波長(zhǎng)與樣品厚度46-48
• 3.3.3 錐角輻射的角分布48-50
• 3.4 小結(jié)50-52
• 第四章 三次諧波產(chǎn)生和等離子體熒光光譜52-68
• 4.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)量52-53
• 4.2 等離子體熒光輻射53-59
• 4.3 多光絲作用的三次諧波的產(chǎn)生59-66
• 4.3.1 三次諧波增強(qiáng)59-63
• 4.3.2 三次諧波強(qiáng)度與相對(duì)位置63-65
• 4.3.3 三次諧波光譜的展寬65-66
• 4.4 小結(jié)66-68
• 第五章 超連續(xù)輻射及光絲間的能量傳遞68-88
• 5.1 多光絲作用的超連續(xù)譜輻射68-74
• 5.1.1 測(cè)量方法68-69
• 5.1.2 超連續(xù)譜及其核心能量69-74
• 5.2 多光絲間的能量交換74-80
• 5.2.1 測(cè)量方案75
• 5.2.2 結(jié)果與討論75-80
• 5.3 等離子體光柵誘導(dǎo)脈沖的時(shí)空分裂80-87
• 5.3.1 研究方案80-81
• 5.3.2 脈沖的時(shí)空分裂81-87
• 5.4 小結(jié)87-88
• 第六章 原子分子體系的量子相位操控88-107
• 6.1 相位操控理論88-90
• 6.2 量子相位操控產(chǎn)生頻率梳90-97
• 6.2.1 周期性相位操控及其光譜響應(yīng)91-93
• 6.2.2 相位控制的波動(dòng)和上升時(shí)間93-95
• 6.2.3 實(shí)驗(yàn)方案95-97
• 6.3 大分子體系的量子相位控制97-104
• 6.3.1 液相靶：染料分子IR14497-98
• 6.3.2 吸收譜的理論模型98-103
• 6.3.3 測(cè)量、模擬結(jié)果103-104
• 6.4 小結(jié)104-107
• 第七章 多能級(jí)體系的量子相位操控107-126
• 7.1 實(shí)驗(yàn)樣品108-109
• 7.2 強(qiáng)場(chǎng)下的波包重建109-118
• 7.2.1 理論模型109-111
• 7.2.2 理論計(jì)算結(jié)果111-113
• 7.2.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)量113-116
• 7.2.4 激光誘導(dǎo)相位模型116-118
• 7.3 雙泵浦的量子操控118-122
• 7.3.1 測(cè)量方法119
• 7.3.2 雙泵浦的量子操控119-122
• 7.4 脈沖形狀對(duì)吸收譜的調(diào)制122-125
• 7.5 小結(jié)125-126
• 第八章 結(jié)論126-130
• 8.1 主要結(jié)論126-128
• 8.2 研究工作的展望128-130
• 參考文獻(xiàn)130-147
• 在學(xué)期間的研究成果147-149
• 致謝149-151

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本文編號(hào)：1083940