本文選題：高次諧波 + 阿秒脈沖��； 參考：《華中科技大學》2016年博士論文

【摘要】：飛秒激光驅(qū)動原子、分子產(chǎn)生的高次諧波輻射目前已經(jīng)成為產(chǎn)生阿秒極紫外脈沖的最有效途徑。由于其前所未有的時間分辨率以及良好的相干性,阿秒脈沖為實現(xiàn)原子、分子內(nèi)部超快電子動力學探測提供了有力的工具,并開辟了阿秒級時間分辨測量的新領(lǐng)域。隨著科學發(fā)展的需要,更短更強的阿秒脈沖的產(chǎn)生是科學家們長期以來一直不懈努力追求的目標。另一方面,高次諧波輻射自身就是一個復(fù)雜的非線性物理過程,其輻射效率、時空頻譜特性攜帶著豐富的原子、分子結(jié)構(gòu)以及電子動力學信息。如今,諧波光譜學的研究也為人們探索強場物理過程提供了新思路。本文主要針對超短超強阿秒脈沖的產(chǎn)生、高次諧波輻射效率、以及諧波時空頻譜特性進行了以下幾個方面的研究：(1)提出了一種三色場調(diào)控產(chǎn)生高效“水窗”寬帶超連續(xù)譜的方案。該方案同時實現(xiàn)了對電子電離與加速過程的控制,使得電子在激光場中獲得的最大動能以及諧波超連續(xù)譜對應(yīng)的電子電離率都有很大的提高,從而產(chǎn)生了一個頻譜范圍跨越極紫外到“水窗”X射線波段(205eV-480eV)的高效寬帶超連續(xù)譜。選合適的條件,短軌道可以很好地實現(xiàn)相位匹配,并被選出。傳播后的超連續(xù)譜支持產(chǎn)生“水窗”范圍內(nèi)中心波長可調(diào)諧的脈寬在100as以下的單阿秒脈沖。(2)基于量子軌道分析,理論研究了高次諧波輻射效率特性。(ⅰ)研究了不同激光強度驅(qū)動下,閾值下諧波輻射效率隨激光波長的變化關(guān)系。發(fā)現(xiàn)在高激光強度(1013W/cm2量級)下,低閾值諧波效率隨波長會有明顯的波動,然而在低強度下(1012W/cm2量級)卻沒有這種現(xiàn)象。這種效率上的差異最終被證明起源于兩種強度下不同的量子軌道分布。該結(jié)果有利于理解低閾值諧波產(chǎn)生的物理機制。(ⅱ)研究了電子的多次回復(fù)對高次諧波輻射效率的影響。采用鞍點法,我們單獨計算了不同階次的電子回復(fù)對諧波輻射產(chǎn)生的貢獻。結(jié)果發(fā)現(xiàn),驅(qū)動激光波長越長,高次諧波中的多次電子回復(fù)對諧波效率的貢獻越大。這是首次從理論上定量地研究電子多次回復(fù)對高次諧波輻射的影響。(iii)研究了空間均勻場中諧波效率隨波長變化的尺度定律。發(fā)現(xiàn)隨著激光波長的增加,空間非均勻場中高次諧波效率首先按照λ-4的指數(shù)規(guī)律衰減(慢于均勻場中λ-5的趨勢).而最終會出現(xiàn)上升趨勢�；诹孔榆壍婪治�,我們發(fā)現(xiàn)空間非均勻場中諧波效率衰減變慢主要由諧波截止區(qū)拓寬所引起。而后的諧波效率的上升主要是由于一條額外電子軌道的出現(xiàn)所導(dǎo)致。該結(jié)果為以后非均勻場的效率研究提供了理論基礎(chǔ)。(3)實驗研究了原子(Ar)氣體產(chǎn)生高次諧波的時空、頻譜特性。通過調(diào)節(jié)激光聚焦位置以及激光強度,我們同時觀測到了長、短量子軌道的頻譜分裂、頻率移動以及諧波效率的強度調(diào)制。根據(jù)測得的諧波譜上不同量子軌道的頻譜分裂以及頻率移動,我們成功提取出不同量子軌道的偶極相位以及其相應(yīng)的時域啁啾特性。此外,實驗上測得的高次諧波效率隨激光強度周期性的調(diào)制也為區(qū)分瞬時相位匹配和量子軌道干涉這兩種物理機制提供了一個強有力的判據(jù)。(4)首次在實驗中觀測到同位素分子(H2和D2)產(chǎn)生高次諧波的頻率移動。通過對H2和D2產(chǎn)生的諧波譜進行測量,我們發(fā)現(xiàn)其相對于氬氣產(chǎn)生的諧波譜都有一個明顯的紅移。這個紅移進一步證明是由于同位素分子內(nèi)部的核運動所引起的。根據(jù)實驗觀測到的紅移,我們成功提取出了氫氣(H2)和氘氣(D2)內(nèi)部原子核的振動信息。實驗提取的結(jié)果與理論模擬十分一致。此外,我們發(fā)現(xiàn)分子諧波的頻率移動可以通過改變驅(qū)動激光的啁啾來操控。該結(jié)果為探測分子核運動提供了一個新思路。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O437

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本文編號：1740962