本文選題：超短脈沖 + 時(shí)域空心光束��； 參考：《浙江大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：近些年來(lái),隨著超短脈沖制造技術(shù)的不斷提高,實(shí)驗(yàn)室中已能獲得阿秒級(jí)脈寬的亞周期超短脈沖。在超短脈沖領(lǐng)域,仍然蘊(yùn)藏著很多新物理等待人們進(jìn)一步研究�，F(xiàn)有的理論中,常用的載波-包絡(luò)近似、旋波近似等模型,在超短脈沖持續(xù)時(shí)間進(jìn)入單周期甚至亞周期時(shí),存在嚴(yán)重的問題,導(dǎo)致非物理的結(jié)果。所以迫切需要有更完美的理論來(lái)研究超短脈沖的特征。我們從振蕩電偶極子的電磁輻射理論出發(fā),加入改進(jìn)的復(fù)點(diǎn)源方法,求得了超短激光脈沖的解析表達(dá)式。與緩變包絡(luò)近似方法不同的是,這個(gè)表達(dá)式是麥克斯韋方程組的嚴(yán)格解,可以用來(lái)表征任意脈寬的超短激光脈沖。以往的空心光束研究往往集中在空間域空心光束,而我們?cè)谡撐闹刑岢鲆环N時(shí)域型空心超短脈沖。當(dāng)階數(shù)n = 0的時(shí)候它就是一束高斯型超短脈沖。隨著階數(shù)的增加,這束高斯型超短激光脈沖的線型慢慢扁平化,凹陷,從而演變成時(shí)域型空心超短脈沖。該束超短脈沖可以視為兩束相位相關(guān)聯(lián),時(shí)域上相鄰的激光光束,而且兩束超短脈沖之間的時(shí)間間隔只與階數(shù)及特征時(shí)間常數(shù)有關(guān)。接著分析了時(shí)域空心超短脈沖在自由空間中的傳輸特性。數(shù)值模擬顯示,不管是單周期還是多周期時(shí)域空心超短脈沖,均能在傳輸較遠(yuǎn)的距離之后,穩(wěn)定保持原有的時(shí)域空心特征。在遠(yuǎn)離光軸區(qū)域,還發(fā)現(xiàn)了時(shí)空耦合效應(yīng)導(dǎo)致的脈沖線型“凹陷”現(xiàn)象。之后,我們驗(yàn)證了時(shí)域空心脈沖光束的內(nèi)z啁啾現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)隨著解析表達(dá)式的階數(shù)增大,單周期超短脈沖內(nèi)z啁啾線型出現(xiàn)與電場(chǎng)包絡(luò)類似的時(shí)域空心現(xiàn)象。多周期超短脈沖的內(nèi)稟啁啾效應(yīng)可以忽略。超短脈沖與等離子體的相互作用是近年來(lái)強(qiáng)場(chǎng)物理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。綜合考慮等離子體中連續(xù)性方程,動(dòng)力學(xué)方程,并聯(lián)立麥克斯韋方程組,得到了超短激光脈沖在等離子體中傳播時(shí)的相對(duì)介電常數(shù),并引入碰撞系數(shù)和相對(duì)論因子。等離子體中的電子被超短脈沖尾流場(chǎng)加速過程中,會(huì)產(chǎn)生相對(duì)論質(zhì)量變化,并導(dǎo)致脈沖在等離子體中傳輸時(shí)呈現(xiàn)縱向自壓縮效應(yīng)。自壓縮效應(yīng)導(dǎo)致脈沖的電場(chǎng)包絡(luò)脈寬減小,時(shí)域空心超短脈沖的前后沿尖峰間距縮小,并有利于脈沖能量的進(jìn)一步集中提高。但在隨后的傳輸中由于衍射效應(yīng)和等離子體中的能量耗散,超短脈沖的強(qiáng)度逐漸降低。等離子體介質(zhì)各向異性導(dǎo)致時(shí)域空心超短脈沖的前后沿尖峰呈現(xiàn)不對(duì)稱線型,但在相對(duì)論傳輸中逐漸恢復(fù)其對(duì)稱性。時(shí)域空心超短脈沖的階數(shù)越低,或者等離子體特征頻率越大,自壓縮效應(yīng)越明顯。碰撞效應(yīng)會(huì)影響等離子體介質(zhì)的各向異性,增加超短脈沖傳輸時(shí)的能量耗散,但基本不影響其脈寬的壓縮。此外,我們計(jì)算了時(shí)域空心超短脈沖在等離子體中傳輸時(shí)非線性效應(yīng)引起的啁啾的演化。利用時(shí)域空心脈沖的解析表達(dá)式,我們計(jì)算了超短脈沖和銣原子相互作用過程中的光力效應(yīng)。在超短脈沖作用下,處在矢量脈沖電場(chǎng)中的中性原子,可以獲得相當(dāng)于1011倍重力加速度的加速效果。橫向光力的方向與超短脈沖的失諧方向以及中性原子的初態(tài)等有關(guān)。對(duì)處于基態(tài)的銣原子,具有較大紅失諧的超短脈沖可以實(shí)現(xiàn)良好的聚焦效應(yīng)。時(shí)域空心超短脈沖階數(shù)越高,脈沖持續(xù)時(shí)間越短,光力越大。從光力的動(dòng)力學(xué)演化來(lái)看,隨著超短脈沖的傳輸,由于時(shí)空耦合效應(yīng),光力的“聚焦”效應(yīng)會(huì)逐漸減弱。進(jìn)一步增大拉比頻率時(shí),模擬顯示超短脈沖的光力可用于原子運(yùn)動(dòng)的時(shí)序控制。最后,我們驗(yàn)證了初始相位對(duì)光力線型的影響。計(jì)算結(jié)果對(duì)將來(lái)原子光學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)有一定的指導(dǎo)意義。
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本文編號(hào)：1951230