强场下氢分子高次谐波发射及孤立阿秒脉冲的产生

论文摘要

随着激光技术的日益发展与进步,科学家们对原子分子动力学有了进一步的研究;尤其是阿秒脉冲的产生对人们认识微观世界和探测电子动力学过程起到非常重要的作用。我们知道目前高次谐波是产生阿秒脉冲的重要途径。高次谐波谱有如下几个特点:首先,在较低阶次,谐波呈现快速下降的趋势;接着,出现一个平台区,即谐波的发射效率不随阶次的变化而变化;最后,谐波在平台区某一阶次附近发射效率急剧下降,称为谐波的截止。为了能够更好的分析解释谐波的产生机制,在1993年Corkum提出了半经典三步模型;第一步,处于基态的电子,通过隧穿或者多光子电离进入到激发态,即电离过程;第二步,此时被电离的电子可以看作准自由电子,只受到激光场的作用并在场中被加速,即电子加速过程;第三步,当激光场变换为反向时,电子减速,然后电子反向继续加速,最终返回母核并复合,此时有高能光子释放出来,即高次谐波发射。目前为了获得孤立阿秒脉冲人们在理论和实验上提出了不同的方案,如多色场调控方案和非均匀场方案等。本文分别研究了在多色场和非均匀场作用下氢分子高次谐波发射及孤立阿秒脉冲的产生。本文的主要工作包括以下几个部分:第一,我们理论上研究了体系为一维核运动和核固定情况下氢分子在单色场、双色场和三色场作用下高次谐波发射及孤立阿秒脉冲的产生,并研究了电子和核波包分布随时间的演化。我们发现在单色场作用下谐波谱平台并没有变化,谐波调制也很多;当采用双色场和三色场时谐波的平台明显扩展,在三色场的作用下谐波变得光滑而少调制。通过三步模型和时频分析发现产生这种现象的原因是只有短轨道对谐波发射有贡献,而长轨道被抑制,实现了量子轨道控制。接着,为了进一步研究这个现象,我们给出了电子随时间演化的波包分布和核的概率密度分布。发现当.1.25≤t≤15.o.c.和1.75≤t≤0.2o.c.时,电离的电子分别沿着Z1的正方向和Z1的负方向运动,并且返回核在t=1.75o.c.和t=2.5o.c.时。因此这些回核过程对谐波发射有明显的贡献。耦合电子和核波包随时间演化概率密度分布被用来进一步的研究在核运动近似下电子和核的动力学。观察发现在t=1.5 o.c.和t=1.75o.c.时,电子沿着正的Z1方向运动,并且能够观察到明显的干涉条纹。此外,在核固定和核运动的情况下通过截取一部分的谐波阶次分别合成了75 as和54 as的孤立阿秒脉冲。第二,研究了在核固定情况下氢分子在非均匀场下的高次谐波发射及孤立阿秒脉冲的产生。在非均匀场下我们选择了不同激光包络,结果表明高次谐波的产额不随激光包络的改变而改变。但是我们发现当非均匀参数逐渐增大时,谐波平台也被扩展了;同时,谐波谱也变得光滑少调制。当非均匀参数β=.0003时,我们发现谐波平台扩展了50阶次左右。当非均匀参数β=0.005时,发现谐波平台扩展了100阶次左右,在截止附近谐波变得很光滑,有利于合成孤立阿秒脉冲。当非均匀参数β=0.005时,sin2包络下氢分子的时频分析图显示只有短轨道存在,长轨道被抑制了。最后,在核固定情况下通过叠加一部分的谐波阶次,获得了120 as的孤立阿秒脉冲。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 激光技术的发展史
•   1.2 强激光场中原子的电离机制
•     1.2.1 多光子电离（MPI）
•     1.2.2 阈上电离（ATI）
•     1.2.3 隧穿电离（TI）
•     1.2.4 越垒电离（OBTI）
•   1.3 高次谐波发射
•     1.3.1 高次谐波发射的研究背景
•     1.3.2 高次谐波发射机制
•     1.3.3 高次谐波研究的发展及意义
•   1.4 阿秒激光脉冲的发展及其应用
•   1.5 本论文的内容
• 第二章 理论模型和计算方法
•   2.1 激光场形式与原子模型势
•     2.1.1 激光场形式
•     2.1.2 原子模型势
•   2.2 原子分子与激光相互作用的含时薛定谔方程
•     2.2.1 单电子原子的含时薛定谔方程
•     2.2.2 双原子分子的含时薛定谔方程
•   2.3 虚时演化求解初始波函数
•   2.4 分裂算符法解含时薛定谔方程
•   2.5 小波变换
• 第三章 三色场作用下氢分子高次谐波的发射及孤立阿秒脉冲的产生
•   3.1 引言
•   3.2 氢分子一维理论计算模型
•   3.3 三色场下氢分子量子轨道控制及孤立阿秒脉冲产生
•   3.4 总结
• 第四章 非均匀场下氢分子高次谐波发射
•   4.1 引言
•   4.2 非均匀场作用下氢分子高次谐波产生
•   4.3 总结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 在学期间所取得的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 田艳荣

导师: 郭静

关键词: 高次谐波产生,孤立阿秒脉冲,三色场,非均匀场

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 吉林大学

分类号: O561

总页数: 70

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