高次谐波与阿秒脉冲的回顾与展望

高次谐波产生(High-order Harmonic Generation,HHG)使激光脉冲脉宽突破到阿秒量级成为可能.2001年第一次在实验上利用高次谐波产生的方法获得了650 as的脉冲,揭开了阿秒时代的序幕.根据介质的不同大致可以分为气体高次谐波、固体体材料高次谐波和固体等离子体高次谐波.气体高次谐波经过了二十多年已经发展得很成熟,并能通过气体高次谐波获得最短43 as的脉冲.固体体材料高次谐波和固体等离子体高次谐波因为转化效率高、光子能量高等独特优势已经成为产生阿秒脉冲的研究热点.本文主要介绍了高次谐波的发展历史,气体高次谐波、固体体材料高次谐波和固体等离子体高次谐波的发展现状以及阿秒脉冲测量和表征技术的发展,并对未来的发展趋势进行了总结展望.     

一维Ar~+在组合激光脉冲作用下的高次谐波辐射

提出一种产生超宽相干极紫外连续谱的新方法。利用少周期的基频光超短脉冲叠加上其倍频光驱动Ar+,产生的高次谐波出现双平台结构。结果表明:利用该方法可以有效地对电子在激光场中的短轨道进行选取,使得第二个平台的超连续谱辐射时相位几乎是锁定的,将这部分谐波谱进行叠加可以得到脉宽短至58 as的单个脉冲;合成的单个阿秒脉冲受两激光场参数的影响较小,即改变两束激光的相对光强、延迟时间等仍然可以获得相似脉宽的单个阿秒脉冲。     

强激光场中高次谐波研究内容及进展

介绍强场高次谐波的概念和产生过程及研究进展,说明强场高次谐波是获得更短波长射线的主要手段之一.     

He^＋离子在啁啾激光和高频脉冲组合场中产生的单个阿秒脉冲

利用数值求解含时薛定谔方程的方法,从理论上研究了一维模型He＋离子在波长为1064nm的线性啁啾激光和高频脉冲形成的组合场中产生的高次谐波以及由这种高次谐波构造的阿秒脉冲特征.发现在组合场中,由于啁啾脉冲的作用和在适当的时刻加入了高频脉冲,不仅使高次谐波谱的平台区域能得到很大的扩展,而且谐波转化效率也得到有效地提高,当对第二平台区域的不同范围内高次谐波迭加都可得到单个阿秒脉冲,最短可达21阿秒.最后通过经典分析和时频分析解释了这种高次谐波展宽与阿秒脉冲发射过程的特点.     

利用啁啾场与单极场的组合场驱动He+发射高次谐波

数值研究了He~+在啁啾场与单极场下发射高次谐波及阿秒脉冲的特点.计算结果表明,当He~+的初始波函数布局在基态与激发态的叠加态时,其谐波强度比单基态时增强7个数量级.随后在啁啾场及单极控制场的作用下,谐波发射的截止能量明显增强,谐波的干涉结构也明显减小.引入空间非均匀效应,谐波截止能量得到进一步延伸,形成一个320eV的平台区.通过叠加谐波,可获得3个持续时间在45~48as的X射线脉冲.其强度比单基态输出的脉冲增强5~6个数量级.     

模型原子在双色场辐照下的高次谐波发射

利用双色场辐照一维势模型原子,发现得到的谐波功率谱呈现双平台,且二次平台呈准连续谱状态。根据经典SMT理论、模型原子在双色场中的电离机制和高次谐波的受激复合特性分析了双平台结构的成因。     

高次谐波对电容器的影响和相应对策

本文在对高次谐波电流的产生、流通路径及等值电路，高次诣波的谐振及防止，电力 电容器对高次谐波的允许限度以及如何抑制高次谐波电流含量等内客的分析基础上，给出了 高次谐波对电容器造成的危害和免受其害的相应对策．     

高次谐波发射量子轨道控制的一种方法

本文通过调节基频.二倍频场的相位差实现了单一量子轨道的选择.     

空间非均匀激光场下He原子辐射谐波的量子路径调控

理论研究了He原子在空间非均匀激光场下辐射谐波的量子路径调控.计算结果表明,随着空间非均匀激光场引入位置由负向-r0到正向-r0移动,谐波截止能量呈单调递增趋势,而且只有单一的短量子路径对最大谐波辐射过程起作用.通过分析谐波辐射时频分析图和电子含时波包演化图,对谐波辐射的特点给出了合理解释.随后适当引入一束太赫兹激光场,谐波强度被增强2个数量级,并且形成一个1208eV的超长平台区.最后,通过叠加谐波,可获得一系列持续时间在34as的超短脉冲,其波段覆盖为10~1nm.     

高重复率低能量飞秒激光脉冲与氩原子相互作用产生相位匹配高次谐波

对高重复率低能量飞秒(fs)脉冲激光和静态氩气相互作用下产生相位匹配高次谐波进行了实验研究. 在重复频率为1 kHz单脉冲能量为0.55mJ的商品化全固化飞秒激光系统上获得了相位匹配27次谐波. 这是迄今为止在静态气体盒子内获得相位匹配27次谐波所用的最低激光脉冲能量. 对不同氩气气压下的高次谐波强度变化进行了研究. 分析了高次谐波光谱的蓝移和展宽. 并且对高次谐波的源尺寸和强度空间分布进行了分析, 发现相位匹配高次谐波的源尺寸和强度空间分布与非相位匹配情况截然不同.     

超短脉冲高次谐波谱的连续性

研究超短脉冲（3个光学周期）高次谐波发射功率谱的性状及其成因. 结果表明, 短脉冲谐波谱与长脉冲（10个光学周期）相比, 其平台区末端的谐波谱变得伪连续. 这是由于3个原因导致该现象: (1) 在短脉冲情形下, 谐波的生成仅经历1~2次辐射, 在长脉冲情形下, 谐波的生成经历多次辐射的累加; (2) 对于相同的谐波级次, 短脉冲比长脉冲的谐波线宽宽; (3) 短脉冲比长脉冲的激光频谱宽.      

激光等离子体相互作用中自生通道的形成

激光在等离子体中传播时形成的自生通道、成丝已被实验所观察,由于激光与等离子体相互作用时各种非线性效应十分复杂,通道形成的机理还存在争议,本文主要介绍目前等离子通道形成的几种模式及一些重要实验结果,并提出一种新的通道形成的机制。     

采用双色激光场和低频电场合成拓宽高次谐波谱

本文采用了一种在双色激光场上叠加低频电场的方法来拓宽高次谐波谱的平台区域.计算中,我们针对氦原子体系数值求解了一维含时薛定谔方程,并结合电子的时频分布图,分析了低频电场对高次谐波谱产生过程的影响.计算结果表明,该方案可以有效地拓宽谐波谱的平台区域.     

超短超强激光与等离子体相互作用中质子发射一些研究进展

超短超强激光与等离子体相互作用中得到的高能质子在质子成像、粒子加速、诊断超短超强激光与等离子体相互作用的物理过程、“快点火”和治疗癌症等方面有一定的应用。使得对超短超强激光与等离子体相互作用得到的高能质子的研究成为目前的研究热点。文章综述了产生质子的两种主要加速机制以及在不同实验条件下超短超强激光与等离子体相互作用过程中得到质子的能量、角分布、产额以及相关的原理。     

固体中激光等离子体波前传输特性的研究

根据激光等离子体波前在固体中传播的约束条件，导出固体中激光等离子体波前中远场传播公式，定义了准马赫数。发现固体中激光等离子体波前的马赫数等于该波前相对于电磁声子的准马赫数与电磁声子相对于空气中声速马赫数的乘积，波前传输半径和速度随时间而迅速减小。     

超短激光脉冲与部分离化等离子体的相互作用

第一次讨论了超强超短激光与部分离化等离子体相互作用中，束缚电子的振荡辐射和电离问题。在该文给出的模型下，激光有质动力的作用将对束缚电子的振荡辐射和电离条件产生修正。     

激光诱导黄铜中Zn等离子体光谱的时间演化特性

在常温常压下, 利用自建的激光诱导击穿光谱（LIBS）实验装置获得纳秒激光诱导黄铜等离子体光谱, 研究发射光谱中Zn等离子体光谱在增强型光电耦合器件（ICCD）门延迟为150~3 000 ns时的演化规律, 并利用Stark展宽系数及能级跃迁参数计算等离子体的电子温度和电子密度随ICCD门延迟的演化规律. 实验结果表明: 当ICCD门延迟为150~500 ns时, 初始阶段光谱呈较强的连续谱, 随着ICCD门延迟的增大, 在连续谱上逐渐凸显Zn原子的线状特征谱线, 特征谱线强度在ICCD门延迟为500 ns时达最大; 继续增大ICCD门延迟, 谱线强度逐渐减小, 当ICCD门延迟为3 000 ns时, 等离子体的特征谱线信号基本消失; 谱线强度和电子温度随ICCD门延迟的变化一致, 电子密度和ZnⅠ(481.0 nm)谱线的半高宽随ICCD的变化接近指数拟合.     

激光诱导黄铜中Zn等离子体光谱的时间演化特性

在常温常压下, 利用自建的激光诱导击穿光谱（LIBS）实验装置获得纳秒激光诱导黄铜等离子体光谱, 研究发射光谱中Zn等离子体光谱在增强型光电耦合器件（ICCD）门延迟为150~3 000 ns时的演化规律, 并利用Stark展宽系数及能级跃迁参数计算等离子体的电子温度和电子密度随ICCD门延迟的演化规律. 实验结果表明: 当ICCD门延迟为150~500 ns时, 初始阶段光谱呈较强的连续谱, 随着ICCD门延迟的增大, 在连续谱上逐渐凸显Zn原子的线状特征谱线, 特征谱线强度在ICCD门延迟为500 ns时达最大; 继续增大ICCD门延迟, 谱线强度逐渐减小, 当ICCD门延迟为3 000 ns时, 等离子体的特征谱线信号基本消失; 谱线强度和电子温度随ICCD门延迟的变化一致, 电子密度和ZnⅠ(481.0 nm)谱线的半高宽随ICCD的变化接近指数拟合.     

PLD沉积DLC薄膜过程中碳等离子体的发射光谱特性

采用脉冲激光沉积方法,通过改变脉冲激光能量在单晶硅衬底上制备了类金刚石薄膜,利用椭圆偏振光谱和拉曼光谱对得到的薄膜进行测试,并对沉积过程中的碳等离子体发射光谱进行了研究。薄膜测试结果表明,随着脉冲激光能量的增大,薄膜sp^3成分增多。沉积过程中的碳等离子体发射光谱原位监测表明,随着脉冲激光能量的增大,C、C^＋、C^2＋粒子发射光谱强度增强,根据应力模型薄膜sp^3成分增多,与薄膜测试结果一致。并且发现C^＋粒子在形成sp^3键过程中起到了非常重要的作用。     

联合双原子高次谐波发射的动力学研究

首先从经典理论出发,分析了一维普薛耳-特勒势(P-T势)模型原子在激光场作用下的动力学行为。进而设定联合双原子模型的核间距。然后利用一束特殊设定的双色激光脉冲辐照该模型,在保证原子有适当的电离和较大的复合效率的前提下,获得了截止位置远达Ip 8Up且效率高达10-9的高次谐波发射。最后给出了电离电子空间波包随时间的演化行为,并从波包动力学出发对谐波发射功率谱的形成机制给出了合理的解释。