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1、摘要i摘 要高 次 谐 波 的 产 生 是 强 激 光 场 与 物 质 相 互 作 用 过 程 中 产 生 的 一 种 高 阶 非 线 性 现 象 。作 为 产 生 紫 外 线 以 及 软 X 射 线 等 相 干 光 源 的 主 要 工 具 ， 高 次 谐 波 的 产 生 在 近 二 十 年来 吸 引 了 众 多 研 究 者 的 关 注 。 为 了 得 到 更 窄 更 强 的 阿 秒 脉 冲 ， 拓 宽 高 次 谐 波 谱 的 平台 区 域 和 提 高 高 次 谐 波 谱 的 强 度 是 人 们 需 要 实 现 的 首 要 目 标 。 此 外 ， 高 次 谐 波 的 产生 还 在 分 子 超
2、快 过 程 探 测 方 面 具 有 潜 在 的 应 用 前 景 。 针 对 以 上 热 点 问 题 ， 在 本 文 中 ，不 仅 对 原 子 的 高 次 谐 波 谱 进 行 优 化 ， 以 期 得 到 持 续 时 间 更 短 的 阿 秒 脉 冲 ， 而 且 对 分子 高 次 谐 波 的 产 生 进 行 理 论 研 究 ， 从 而 对 分 子 结 构 以 及 强 场 中 电 子 的 运 动 进 行 探 测 。本 文 的 主 要 研 究 内 容 如 下 ： (1)拓 宽 高 次 谐 波 谱 的 平 台 区 域 。 本 文 使 用 三 色 合 成激 光 场 从 理 论 上 提 出 了 拓 宽 高 次
3、 谐 波 谱 的 平 台 区 域 的 一 种 方 案 ， 还 研 究 了 控 制 脉 冲的 参 数 在 拓 宽 高 次 谐 波 谱 中 的 作 用 。 计 算 结 果 表 明 ， 三 色 场 方 案 可 以 有 效 的 拓 宽 高次 谐 波 谱 的 平 台 区 域 ， 此 外 ， 利 用 经 典 的 电 离 和 复 合 的 动 能 分 布 图 和 量 子 的 时 频 分布 图 对 高 次 谐 波 谱 的 拓 宽 机 制 进 行 了 合 理 的 解 释 。 (2)提 高 高 次 谐 波 的 强 度 。 首 先 ，通 过 使 用 基 态 和 第 一 激 发 态 的 相 干 叠 加 作 为 初 始
4、态 可 以 使 得 谐 波 的 强 度 提 高 8 个 数量 级 。 此 外 ， 还 使 用 基 态 和 高 里 德 伯 态 的 相 干 叠 加 作 为 初 始 态 来 提 高 高 次 谐 波 谱 的强 度 ， 由 此 可 见 用 基 态 和 激 发 态 的 相 干 叠 加 作 为 初 始 态 是 实 现 提 高 高 次 谐 波 的 强 度的 一 个 很 有 效 的 方 法 。 (3)对 称 的 双 原 子 分 子 高 次 谐 波 产 生 。 本 文 通 过 数 值 求 解 非Born-Oppenheimer (B-O)近 似 下 的 一 维 含 时 薛 定 谔 方 程 研 究 激 光 参 数
5、 对 H2+分 子 高 次谐 波 产 生 的 影 响 。 从 计 算 结 果 中 可 以 发 现 在 H2+的 高 次 谐 波 谱 中 存 在 两 类 干 涉 最 小 值 ，其 中 一 类 位 于 谐 波 的 低 阶 区 域 ， 对 激 光 参 数 的 变 化 不 敏 感 ， 是 由 分 子 本 身 的 结 构 决定 的 ； 而 另 一 类 位 于 谐 波 的 高 阶 区 域 ， 随 着 激 光 参 数 的 变 化 而 变 化 ， 是 由 激 光 诱 导 的电 子 动 力 学 过 程 引 起 的 。 (4)不 对 称 分 子 高 次 谐 波 的 产 生 。 通 过 求 解 非 B-O 近 似
6、下 的一 维 含 时 薛 定 谔 方 程 ， 理 论 研 究 了 不 对 称 分 子 HeH2+的 高 次 谐 波 的 产 生 。 结 果 表 明 ，不 对 称 分 子 高 次 谐 波 谱 中 最 小 值 的 出 现 是 由 于 谐 波 产 生 过 程 中 不 同 通 道 之 间 的 干 涉造 成 的 。 此 外 ， 本 文 还 研 究 了 核 信 号 对 不 对 称 分 子 高 次 谐 波 产 生 的 影 响 ， 计 算 结 果 不仅 展 示 了 不 同 的 初 始 振 动 态 在 高 次 谐 波 产 生 过 程 中 的 作 用 ， 而 且 呈 现 出 同 位 素 对 分子 高 次 谐 波
7、谱 的 影 响 。山西师范大学学位论文ii【 关 键 词 】 高 次 谐 波 的 产 生 平 台 区 域 谐 波 强 度 干 涉【 论 文 类 型 】 基 础 研 究AbstractiiiTitle： Theoretical exploration of high-order harmonic generation from atoms and small moleculesMajor： Atomic and Molecular PhysicsName： HuiNi Du Signature： Supervisor： XiangYang Miao Signature： AbstractHigh
8、-order harmonic generation (HHG) is a nonlinear phenomena resulting from the interaction of intense laser fields with the atoms and small molecules. As a tool to generate extreme ultraviolet (XUV) light source and even soft X radiation source, HHG has attracted more and more attention during the las
9、t two decades. To generate an intense short attosecond pulse, how to extend the plateau and improve the intensity of the HHG is the most important issue. Additionally, HHG also plays a significant role in the detection of ultrafast processes with its potential application. Aiming at the above hot is
10、sue, in this article, we not only optimize the HHG in atoms, but also investigate the molecular high-order harmonic generation, from which the molecular structure as well as the movement of electrons in the laser field can be traced.The main contents of our works are: (1) Extending the plateau of 山西
11、师范大学学位论文ivHHG spectrum. A scheme to extend the plateau of high-order harmonic spectrum was proposed by using three-color synthesized laser field, and the results show that the width can be expended effectively. Additionally, the role of the control pulse in the HHG is also studied. By means of the c
12、lassical returning kinetic-energy maps and the time-frequency distributions, the physical origin of the extending can be revealed. (2) Improving the intensity of the HHG. An effective method to enhance the intensity of the HHG is to prepare the initial state as a coherent superposition of the ground
13、 state and excited state. The results show that the emission efficiency of the continuous harmonics is enhanced approximately eight orders of magnitude by preparing the initial state as a coherent superposition of the ground state and the first excited state. Moreover, when the initial state prepare
14、d as the coherent superposition of the ground state and the Rydberg state, the HHG are also investigated. (3) Symmetric molecular high-order harmonic generation. For H2+ molecular ion in few cycle laser pulses, numerical simulation of the one-dimensional (1D) non-Born- Oppenheimer approximation time
15、-dependent Schrdinger equation are performed to study the effect of laser-parameter on molecular high-order harmonic generation (HHG). The results show that there are two minimums in each harmonic spectrum, and the minimum Abstractvin the low-order region is insensitive to the laser-parameter, which
16、 is associated with the electronic structure of the molecule; however, the minimum in the high-order region is significantly dependent on the laser parameter, which stems from electronic dynamics induced by the laser field. (4) Asymmetric molecular high-order harmonic generation (MHOHG). The MHOHG of HeH2+ is investigated by numerical integration of the 1D non-Born-Oppenheimer time-dependent Schrdinger equation. The results sh
