基于高次谐波阿秒光源的超快测量技术(特邀)

台式阿秒相干光源在过去20多年取得了飞速的发展,其研究重心已经从早期的产生与测量机理的探索逐渐过渡到了极端时间尺度超快过程的追踪及操控上。目前阿秒时间分辨的谱学技术不仅能实现简单的原子分子体系瞬态过程的直接追踪,还被逐步应用到化学分子、生物分子、固体材料等复杂体系的测量中。本文回顾了基于阿秒光源的超快测量技术的发展,介绍了相关技术的原理及其在物理、化学、信息科学领域的应用研究。

中红外激光相位测量及阿秒脉冲的产生

为了测量中红外激光相位及获得阿秒脉冲,采用高次谐波截止能量随激光相位改变而变化的方法,进行了中红外激光相位测量及阿秒脉冲输出的研究。引入一束少周期激光场后,组合场相位对谐波发射截止能量的影响要比单独中红外激光场相位对谐波截止能量的影响明显很多。因此,提出了一种利用谐波截止能量与相位角的对应关系测量多周期中红外激光相位的方法。同时理论研究了3束中红外激光场下发射高次谐波及阿秒脉冲的特点。结果表明,适当调节3束激光场的延迟时间和相位角,不仅谐波发射的截止能量得到了延伸,而且单一的量子路径也被选择出来对谐波发射起作用,形成了一个272eV的平台区;通过叠加谐波谱上的谐波,可获得一系列脉宽为34as的X射线光源。该研究对中红外激光相位测量及阿秒脉冲的输出是有帮助的。

啁啾延迟调控在双原子分子谐波辐射中的作用

为了获得高强度高次谐波光谱,提出了一种利用啁啾延迟来调控H2+和D2+谐波辐射强度的方法。结果表明:在短脉宽激光驱动下,H2+和D2+谐波辐射主要来自于激光下降区域。因此在激光下降区域引入啁啾小量会产生高强度谐波光谱连续区,并且H2+谐波辐射强度大于D2+谐波辐射强度。而在长脉宽激光驱动下,H2+和D2+谐波辐射的贡献分别来自激光上升和下降区域,因此分别在激光上升和下降区域引入啁啾小量会获得相应的高强度谐波光谱连续区,但H2+谐波辐射强度小于D2+谐波辐射强度。最后,选择适当的谐波平台区并通过叠加谐波可获得脉宽为36 as的孤立脉冲。

利用空间非均匀场偏振门方案产生超短的X射线

理论提出了一种利用空间非均匀场偏振门方案延伸高次谐波截止能量以及获得超短X射线光源的方法.计算结果表明,当适当调节两束圆偏振激光场的延迟时间以及空间非均匀参数时,不仅高次谐波谱的平台区域能得到很大的扩展,并且谐波谱上的干涉也明显减小,形成了一个由单一量子路径贡献而成的310 e V的超长平台区.谐波相位分析显示,平台区谐波相位呈线性分布.最后,通过适当的叠加谐波平台上的谐波,可获得一系列相位稳定的脉宽在50 as以下的超短X射线光源.

HeH^(2+)分子多通道谐波发射的理论研究

利用非波恩奥本海默近似模型,理论研究了强激光场下HeH^(2+)分子发射高次谐波的特点.计算结果表明,HeH^(2+)分子的谐波截止能量要大于经典预言值.理论分析表明,延伸的谐波截止能量是由于激发态激光诱导电子跃迁所产生的多通道电子电离-回碰过程所导致的.随后利用双色空间非均匀激光场机制,谐波截止能量进一步延伸,形成了1个由单一量子路径贡献而成的482 eV的超长平台区.该辐射能量相当于单色激光场场强被增强了3倍的结果 .并且高振动激发态会产生强度更高的谐波光谱.最后,通过适当的叠加谐波平台上的谐波,可获得一系列脉宽在30 as的超短X射线光源.

周期量级长波长光源,极端非线性光学以及阿秒科学

介绍了长波长光源的发展以及其在非线性光学以及强场物理方面的应用。长波长光源的产生以各种方式推动了强场和阿秒物理学的发展:在隧穿机制下光电离的研究,用于X射线成像的飞秒量级KeV辐射源的产生。考虑到这些前景,如何产生高能量、长波长以及周期量级的光源是一件非常有挑战性的工作。在过去几年,一直致力于产生和发展波长在2～3μm、载波相位稳定,周期量级的强光源,其重复频率从几千赫兹到百千赫兹。重点介绍这些光源的发展,以及脉冲相关测量的方法。此外,以某一种光源作为例子来介绍其在多倍频超连续谱的产生,分子的电离动力学以及阿秒光源生产等方面的应用。