高次谐波的偏振调控及特性研究

论文摘要

飞秒激光与分子原子相互作用辐射出高次谐波。目前,高次谐波的产生为人们获得极紫外以及软X射线光源提供了有效途径。基于高次谐波辐射可以实现具有阿秒量级的时间分辨率以及埃量级的空间分辨率的高精度探测,为人们揭示原子、分子以及材料内部电子动力学过程提供了有力的研究工具。随着对高次谐波产生等强场现象不断深入地研究,人们步入了阿秒科学的研究领域,为获得更短更强的阿秒脉冲做出了不懈的努力。偏振是光波的一个基本性质。圆偏振的极紫外和软X射线光源相对于线偏振的光源多了一个可调控的自由度,极大地扩展了阿秒光源的应用范围,并且有助于研究手性分子以及磁性材料的相关性质。针对圆偏或椭偏极紫外及软X射线光源的高效产生方法及其时域和频域的偏振特性调控,本论文开展了以下几个方面的研究:(1)提出了采用线偏振空间非均匀场和排列分子相互作用产生高效超短圆偏阿秒脉冲的方法。空间非均匀场能够控制电子的运动轨迹,抑制特定方向的电子回复。同时,电场强度会随着电子与母核的空间距离变大而呈指数增强,从而使电子能够在电场中获得更多能量。高能量电子将拓宽高次谐波的截止区,产生一个宽频超连续谱,其频域范围能够达到极紫外波段。在某个特定的分子排列角度下,优化谐波谱可以得到脉宽是155 as的近圆偏阿秒脉冲。这一方案适用于多种目标分子。(2)提出了采用双色圆偏光产生椭偏率可调的阿秒极紫外脉冲的方法。通过改变两个圆偏成分的相对相位,双色圆偏光会绕其传播轴在偏振平面内旋转。不同旋转角度下的双色圆偏光与固定分子轴的非球对称性分子相互作用能够得到具有不同椭偏率和旋向的阿秒脉冲。相对相位的改变在实际操作中容易实现,因此本方案具有简单高效的特点。(3)研究了双色圆偏光驱动下高次谐波的偏振特性。双色圆偏光与Ne原子相互作用辐射高次谐波。其左旋和右旋谐波分量的相对强弱在平台区特定阶次发生反转。基于椭偏率时频分析和经典三步模型,我们建立了反转位置和电子经典轨迹之间的联系。该研究为双色圆偏光作驱动下的高次谐波辐射过程提供了一个更加清晰、直观的物理图像。(4)基于原子环流态的动态调控,提出了一种产生亚拍赫兹旋向调制的阿秒脉冲的方法。当一束中红外的线偏激光脉冲与Ne原子相互作用,电子的概率密度分布和轨道角动量会随着时间周期性变化。在绝热近似下,电子的概率密度分布及其角动量的周期振荡主要源于两个瞬时本征态不同的能级漂移。电子轨道角动量的变化会直接影响辐射谐波的偏振特性。具有正轨道角动量的波包更容易辐射椭偏率为正的高次谐波,反之亦然。因此,基于这个现象,我们可以得到旋向随时间周期性调制的阿秒脉冲。其调制频率可以达到亚拍赫兹量级,并且可以通过改变驱动场强度连续调节。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 超快激光技术的发展
•   1.2 高次谐波的产生
•   1.3 基于高次谐波的阿秒脉冲的产生
•   1.4 阿秒脉冲的偏振及其调控
•   1.5 论文的主要工作
• 2 高次谐波产生的理论模型
•   2.1 经典的三步模型
•   2.2 强场近似模型
•   2.3 数值求解含时薛定谔方程
• 3 空间非均匀激光场产生近圆偏的孤立阿秒脉冲
•   3.1 等离子体增强场对高次谐波的调控概述
•   3.2 近圆偏孤立阿秒脉冲的产生
•   3.3 小结
• 4 双色圆偏光驱动产生椭偏率可调的阿秒极紫外脉冲
•   4.1 双色圆偏光作用下的高次谐波特性操控概述
•   4.2 椭偏率可调的阿秒脉冲的产生
•   4.3 小结
• 5 双色圆偏光作用下辐射的高次谐波的旋向反转
•   5.1 双色圆偏光驱动下的高次谐波频域特性概述
•   5.2 ω-2ω双色圆偏光作用下的谐波旋向反转
•   5.3 ω-3ω双色圆偏光作用下的谐波旋向反转
•   5.4 小节
• 6 亚拍赫兹旋向调制的高次谐波
•   6.1 线偏光作用下电子轨道角动量的超快振荡
•   6.2 周期振荡的电子波包辐射的高次谐波
•   6.3 小节
• 7 总结与展望
•   7.1 总结
•   7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表的论文目录
• 附录2 攻读博士学位期间申请的发明专利

文章来源

类型: 博士论文

作者: 张晓凡

导师: 兰鹏飞

关键词: 高次谐波,圆偏阿秒脉冲,偏振特性,环流态,旋向调制

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学

单位: 华中科技大学

分类号: O56;TN24

总页数: 113

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