量子軌道時空調(diào)控及寬帶孤立阿秒脈沖產(chǎn)生.pdf

1、高強度飛秒激光驅(qū)動原子、分子體系的高次諧波輻射作為一種高階非線性過程，已成功產(chǎn)生了相干極紫外線、軟X射線以及頗富吸引力的孤立阿秒脈沖光源。孤立阿秒脈沖更是以前所未有的時空分辨率，極大地推動了阿秒量級時間刻度和埃量級空間尺度的結(jié)構(gòu)與動力學(xué)測量的研究。然而孤立阿秒脈沖的潛在應(yīng)用會受到脈沖強度、帶寬、持續(xù)時間、空間光束質(zhì)量以及產(chǎn)生過程對驅(qū)動激光參數(shù)和穩(wěn)定性的依賴等因素的限制。當(dāng)前，如何進一步增強孤立阿秒脈沖的產(chǎn)生效率、提高脈沖的頻譜寬度、縮短

2、脈沖持續(xù)時間、改善脈沖的空間質(zhì)量以及如何減少孤立阿秒脈沖產(chǎn)生過程對激光參數(shù)和穩(wěn)定性的依賴仍然是阿秒光學(xué)領(lǐng)域十分重要的問題，這也是本文研究的重點。本文的主要內(nèi)容及結(jié)論包括：
　?。?）提出了一種利用多周期雙色脈沖來有效控制電子加速過程的“長程”加速機制。在該機制中，高次諧波的截止區(qū)被顯著地延伸到Ip+26Up而且階次高于Ip+15Up的高次諧波是相位鎖定的，即產(chǎn)生了帶寬為11Up的超連續(xù)譜。通過調(diào)節(jié)雙色場的強度比率還可以實現(xiàn)中心波長

3、可調(diào)諧的超連續(xù)譜，光譜可調(diào)諧范圍能夠從極紫外線一直延伸到整個軟X射線“水窗”波段。為了克服“長程”加速機制中量子波包彌散導(dǎo)致效率低的缺點，又進一步提出一種“雙控門”的方法。該方法結(jié)合了“長程”加速機制和介質(zhì)He+的電離特性同時實現(xiàn)對電離、加速過程的雙重控制，并產(chǎn)生了高效率、高時空質(zhì)量的寬帶孤立阿秒脈沖。
　?。?）開展了周期量級脈寬的中紅外空間非均勻場驅(qū)動的高次諧波研究。發(fā)現(xiàn)中紅外時空合成電場對量子軌道的調(diào)控非常顯著，不僅大大地擴

4、展了高次諧波譜的平臺區(qū)，而且有效地選擇了短軌道電子，帶寬超過300 eV的超連續(xù)譜能夠被成功獲得。這一時空調(diào)控同時也降低了高次諧波的啁啾，在不需要任何啁啾補償?shù)臈l件下，就能夠直接產(chǎn)生接近傅里葉極限脈寬的27 as孤立脈沖，并且?guī)缀跛械碾妶鲚d波包絡(luò)相位都能夠?qū)崿F(xiàn)如此短的孤立阿秒脈沖輸出。
　?。?）提出一種新的方法：通過結(jié)合預(yù)激發(fā)介質(zhì)的時域電離特性與等離子體增強電場的空間非均勻性，同時從時間和空間上控制高次諧波的電子動力學(xué)過程。該

5、方法有效地實現(xiàn)了對量子軌道的時空調(diào)控，不僅可以產(chǎn)生高效、寬帶的孤立阿秒脈沖，而且產(chǎn)生過程不會受到等離子體增強電場載波包絡(luò)相位的影響。
　?。?）開展了紫外光輔助的等離子激元高次諧波產(chǎn)生的研究。發(fā)現(xiàn)紫外飛秒脈沖能夠極大地增強特定電子軌道的貢獻，在相對較低的驅(qū)動強度下就能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的諧波輻射，因此可以避免納米結(jié)構(gòu)的熱損傷。紫外脈沖也自然地引入了時域觸發(fā)效應(yīng)，它與驅(qū)動電場的空間效應(yīng)相結(jié)合能夠更好地調(diào)控量子軌道，并產(chǎn)生了寬帶的超連續(xù)譜。