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1、-范文最新推荐-1 / 13双色三束激光场优化产生超短阿秒脉冲摘要新型超强超短脉冲激光的出现与发展为人类提供了前所未有的全新实验手段与极端的物理条件。目前,高次谐波是产生阿秒脉冲的主要来源。众所周知,物质是由分子和原子组成的，但它们不是静止的，这是微观物质的一个非常重要的基本属性。阿秒脉冲最直接的应用就是原子内部电子过程的观测。本论文围绕提高高次谐波的产生效率、通过平台区超连续谱的产生进一步优化控制单个阿秒这两个方面展开了详细讨论。首先介绍了阿秒激光的相关原理，其中包括高次谐波产生的三步模型、量子轨道的选取、相位匹配原理、时频分析方法和量子波包 LZH-DICP 并行程序。其次，本文从理论上说
2、明了可以通过调节双色三束激光场的相位延迟，可在高次谐波平台区产生波段连续可调的极紫外线超连续谱，并进一步研究了高次谐波产生的相位匹配控制。最后，通过调节双色三束激光场相对相位选取了高次谐波的长短轨道。11643关键词高次谐波 三步模型 阿秒脉冲 双色三束激光场 相位匹配 量子轨道 时频分析 LZH-DICP毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleOptimization of two-colour three-beam laser field to generate ultrashot attosecond pulseAbstractThe emergence and development
3、of strong intense and ultrashort pulse laser to provide new unprecedented experimental methods and the extreme physical conditions. At present, the high-order harmonic generation (HHG) is the main source of attosecond pulse. It is well known that the matter is composed of molecules and atoms, but th
4、ey are not static, which is a basic property in the microscopic view. The most direct application of the attosecond pulse is to observe the atomic internal electronic process. The main focus of this thesis is to improve the energy conversion -范文最新推荐-3 / 13efficiency of HHG, as well as the optimal co
5、ntrol of single attosecond pulse through the supercontinuum generation in the high-order harmonic plateau region. First, this work introduces the classical ‘three-step’ model, the selection of quantum paths, the phase-matching control of HHG, wavelet time-frequency analyses, as well as t
6、he parallel quantum wavepacket computer code LZH-DICP. Second, we numerically demonstrate that an XUV supercontinuum in the high-order harmonic plateau region can be obtained using a two-colour three-beam laser field with a second harmonic pulse added to the fundamental-wave pulse. The generated sup
7、ercontinuum can be controlled by changing the pulse durations. Then we investigate the phase-matching control of HHG. Finally, we successfully select the long and short quantum paths in HHG process by adjusting the relative phase of the bichromatic field. 4.2 双色三束激光场下正负相位匹配得到的激光场与经典图对比分析 114.3 双色三束激
8、光场下正负相位匹配得到的谐波光谱图对比分析 134.4 双色三束激光场下正负相位匹配得到的时频图对比及分析 164.5 量子轨道的选取 204.6 利用高次谐波获得阿秒激光脉冲 20结论 24致谢 25参 考 文 献 261 绪论1.1 高次谐波的研究背景及意义-范文最新推荐-5 / 13近年来，随着超短脉冲激光技术的飞速发展，人们可以获得脉冲宽度短至几个周期的激光脉冲。新型宽带激光介质（掺钛蓝宝石-Ti:Sapphire） 、新的锁模技术（如克尔透镜锁模、孤子锁模等）的出现和啁啾电介质反射镜技术的发明使得人们已经可以从高储能介质中有效的提取能量并得到周期量级的短脉冲，同时避免由于高强度而产生
9、的非线性效应。但是通过这些技术途径已经无法获得更短的阿秒脉冲输出，因为可见光和红外光区的激光器远不能提供阿秒脉冲所需求的宽带带宽。因此，获得新波长的相干光源成为激光科学研究的一个重要课题。1987 年高次谐波的发现1为相干 X 射线光源的研究注入了一股新鲜血液，并带来勃勃生机。高次谐波研究的主要动力来自于它极有潜力的应用前景。首先，利用高次谐波辐射人们可以获得相干的、脉冲持续时间短的 XUV 和 X 射线源 , 为生命科学的研究提供必不可少的工具。目前，利用周期量级的超快超强飞秒激光脉冲与惰性气体介质相互作用产生的高次谐波辐射己经成功进入了“水窗”波段2,3。由于各元素
10、吸收 X 射线的程度不同，因而可以通过水窗将生物样品中的水作为背景而与其它分子分开，使得对分子的水平动态观察成为可能。另外，这些特点使得这一波段的光源在对活的生物细胞和亚细胞结构进行显微成像，以及利用 X 射线被吸收前后波长的剧烈变化识别元素在样品中的定量分布等都具有重大应用前景。 1.2 高次谐波的研究现状2 获得单个阿秒脉冲的基本原理2.1 高次谐波原理及三步模型图 2.1.1 高次谐波产生的三步模型示意图。(a) 束缚电子隧穿过激光场与库仑场形成的势垒；(b)准自由电子在线偏振激光场中加速运动；(c)电子与母核的再次碰撞，复合到初始的束缚态并辐射出一个 XUV 光子。-范文最新推荐-7
11、/ 13目前，对高次谐波的实验结果比较成功的理论解释是半经典的三步电离模型17。首先，外加强电场的作用使得原子的势垒发生倾斜，电子就可能发生遂穿电离开原子，成为准自由电子在外场中作加速运动。而在运动的过程中，电子会从外加电场中获得动能。当驱动电场改变方向，电子减速再反向回到原子核附近时与母核碰撞并以一定的几率复合，此时将辐射出一个光子，光子的能量等于原子的电离势能与电子在外加电场中运动所获得的动能之和。从这个过程中我们可以看出，只有当外加电场的偏振为线偏振时，电子才有可能沿原路返回到母核，产生高次谐波辐射。另外，从这个模型中我们知道电子电离时刻驱动激光的瞬时相位决定了电子在与母核复合时所获得的
12、动能，这个过程中电子所能获得的最大动能为 3.17U ，有质动力势能为 U=9.33 ，它表征了电子在外加电场中运动的平均振动动能，其中 I 和 分别为驱动激光的电场强度和波长，由此，我们可以算出高次谐波截止区所对应的谐波能量为 E =I +3.17U ，(I 为原子的电离势能)。 从上面的论述可以看出，高次谐波的理论研究应该包括以下两个部分：一是要计算单原子在强外场作用下的响应，即求出随时间变化的感生电偶极矩或者电偶极加速度的期待值，经傅里叶变换求出它的发射谱，二是研究这些谐波在宏观介质中的传播特性。关于高次谐波产生的单原子响应模型，主要有以下两种：1）由 K.C. Kulander 和 J
13、.J. Krause 提出的单电子近似模型 (Single Active Electron Approximation，简称 SAE) 18,19。即除了一个电子外，其余的电子都被束缚住了，这个电子在原子实的有效势(Hartree Slater 势或短程势)和激光场的共同作用下而产生感生电偶极矩，正是这一模型给出了谐波的截止位置。根据这一模型，原子中的电子在库仑场和外激光场的作用下穿透势垒离开原子实，电子一旦离开原子实意指电子感受到的来自外激光场的作用要远大于来自原子实库仑场的作用，就会随着外场一起运动，当激光电场改变方向时，它又回到原子实附近，并与原子实以一定的几率复合基态，同时发射一个谐波
14、光子。根据这一模型进行的数值模拟的结果与实验所得到的结果符合的相当好，如谐波谱的平台和谐波截止位置等。这一模型给出了比较清晰的物理图象，然而它只是半经描述（对电子在外场中的描述完全是经典的。2）M. Lewenstein 等-范文最新推荐-9 / 13人提出的全量子理论模型(Stron- Field Approximation，简称 SFA) 17。这一理论模型从含时薛定鄂方程出发，首先考虑一原子(或离子) 受到线偏振(X 方向)激光场 Ecos(t)的作用。 ，作了两个主要的假设：原子从高能态回到基态的几率远远大于回到其他束缚态的几率；当电子处在连续态时，原子实势场的影响可以忽略不计，之后，解析地求出了与时间有关的电偶极矩。分析表明，对谐波辐射的贡献主要来自于那些发生隧穿电离后在外场中获得能量并复合到原子实中的电子，并且这些电子隧穿后的初速度接近为零。这与半经典模型描述的结果是一致的。目前，关于谐波谱在宏观介质中的传播特性的理论模拟还不多，还仅仅限于对传播方程的一些初浅的讨论。M.B.Gaarde 等人对谐波在
