基于少周期激光脉冲与气体等离子体作用的太赫兹到中红外超宽带辐射产生

超强少周期激光脉冲与气体等离子体作用可以产生强的宽带太赫兹脉冲辐射。本文以数值计算为主要工具研究了少周期激光脉冲与气体等离子体成丝作用产生的等离子体电流及对应的太赫兹辐射特性。该过程中的等离子体电离处于多光子电离和隧道电离的过渡阶段。结果显示,该机制能够产生从太赫兹到中红外的超宽带辐射,且辐射的电场振幅是少周期激光脉冲载波相位的周期函数。太赫兹脉冲由激光脉冲脉宽和等离子体电离的时间演化确定,而不是由等离子体密度决定。本文为基于少周期激光脉冲与气体等离子体作用产生超宽带太赫兹辐射的实验提供了一定的理论参考。

Ladder型三能级介质中传播的少周期激光脉冲的空间分布

利用由时域有限差分法和预估校正法求得全波Maxwell-Bloch方程的数值解,研究少周期超短激光脉冲在Ladder型三能级原子介质中传播时脉冲及介质粒子布居的空间分布.结果表明,脉冲及介质粒子布居的空间分布规律随脉冲面积的改变而发生明显的变化.当脉冲面积较小时,脉冲形状不规则,振荡次数较多;当脉冲面积较大时,脉冲形状变得较为规则,振荡次数明显减少.随着脉冲面积的增大,脉冲振幅和传播速度逐渐增大,各能级粒子布居振荡次数增多,不同时刻的脉冲和粒子布居空间分布的变化明显减小.粒子布居的空间分布与脉冲的空间分布密切相关.

氢负离子在少周期激光场中解离时的干涉效应

本文利用强场近似理论研究了氢负离子在少周期激光场中的解离过程.在计算中采用了数值积分和鞍点近似两种计算方法并得到了一致的结果.更为重要的是,利用鞍点法对激光脉冲中不同时刻解离产生的电子波包之间的干涉效应进行了研究,发现光电子动量谱的主要结构是电子波包间的周期间干涉和周期内干涉共同作用的结果,并分析了周期内和周期间干涉效应对光电子能量谱的影响.最后,讨论了激光脉宽对周期内和周期间干涉效应的影响.本文的工作对进一步了解负离子光解离过程中的量子干涉效应和利用光场对其进行调控方面的研究具有意义.

基于BBO晶体的电光取样探测技术在近红外少周期激光脉冲探测中的应用

基于数值计算研究了β相偏硼酸钡(即β-BaB_(2)O_(4),BBO)晶体在近红外波段的电光取样探测技术的频率响应,分析了基于不同厚度的BBO晶体电光取样探测技术探测近红外少周期激光脉冲过程中引起的脉冲畸变,包括中心频率的频移和带宽的变化,并给出0.9~2.1μm范围内激光脉冲带宽改变量和中心波长改变量与晶体厚度的具体关系。结果表明,当晶体厚度为10μm时经电光取样探测的少周期激光脉冲的带宽和中心波长改变量均在0.1%以内;增大晶体厚度,则二者改变量增大;当晶体厚度为200μm时,探测的带宽变窄20%,中心波长改变量在6%以内。本文结果可以为扩展电光取样探测技术到近红外波段提供理论参考,也为强场物理中少周期激光脉冲的探测和定标提供一定的帮助。

双金属纳米天线在少周期激光中的宽带超快电磁响应

研究了耦合的核壳双金属纳米粒子天线的光场增强与超快时域响应.在少周期激光的应用中,如表面等离激元金属纳米器件中的超快响应探测元件,这种双金属天线展示了超宽带共振频谱及控制局域表面等离激元增强的能力.研究了二聚体、三聚体以及七聚体,并且发现三聚体Ag/Au核壳结构显现了极高的场增强能力,其场振幅增强因子超过了120,并在5 fs的时间内场振幅迅速衰减为30,保持了超快的光学响应特性.利用该结构的表面等离激元增强效应产生高次谐波,对于产生超快阿秒脉冲有着潜在的重要应用价值.

不同激光等离子体条件下的阿秒光脉冲产生

通过一维粒子模拟研究了利用相对论少周期强激光与固体密度等离子体表面相互作用实现单个孤立阿秒光脉冲产生的参数条件。主要研究描述相互作用的多维参数,如激光强度、入射角和等离子体标尺长度等,对相对论高次谐波能量转换效率和孤立阿秒光脉冲分离度的影响。研究发现,虽然激光等离子体参数对阿秒光脉冲产生的影响是复杂的,但是存在着能够实现大能量孤立阿秒光脉冲的最佳等离子体标尺长度和最佳入射角。当其他相互作用条件确定时,使用中等强度的相对论强激光可以在较宽的参数范围内实现孤立的阿秒光脉冲。大角度入射时,孤立阿秒光脉冲的分离度较高,能够实现孤立阿秒光脉冲的相互作用参数范围也较宽。

激光偏振方向依赖的氩晶体中孤立阿秒脉冲产生(特邀)

采用第一性原理的含时密度泛函理论方法,从理论上研究了在少周期飞秒脉冲辐照下的氩晶体中孤立阿秒脉冲产生的最优控制。系统地研究了相对于晶体的不同激光偏振方向对孤立阿秒脉冲产生的影响,研究表明相对于晶体的激光偏振方向是产生孤立阿秒脉冲的敏感控制参数。对于Ar晶体,在最佳激光偏振方向上产生的孤立阿秒脉冲强度最大,约为相同激光脉冲驱动下Ar原子的11倍。本文研究结果对于理解强驱动脉冲激光下晶体中的阿秒电子动力学也有重要的意义。

少光周期的椭圆偏振激光脉冲驱动的氙原子非次序双电离

利用经典系综模型,研究了少光周期的椭圆偏振激光脉冲驱动下的Xe原子非次序双电离(NSDI),使用的激光强度为2.5×1014 W/cm2,波长为780nm。计算结果显示,在不同的载波包络相位(CEP)下,NSDI中得到的末态关联电子对沿激光偏振平面长轴方向的动量谱主要分布在一、三象限,呈现出强烈的正关联行为。关联电子对末态动量分布于一、三象限的总数量之比随CEP呈现先减小后增大的趋势。轨迹分析表明,在激光脉冲驱动下,NSDI是由于再碰撞而发生的,并且此过程以直接碰撞电离机制为主;另外,计算结果显示,再碰撞时刻对应的激光场相位强烈地依赖于CEP。

少周期飞秒激光场下Ne原子的非顺序双电离

本文实验测量了少周期飞秒激光场下惰性气体Ne原子非顺序双电离引起的Ne^(2+)离子动量分布,发现该分布强烈依赖于激光场的载波-包络相位(Carrier-Envelope Phase,CEP),在某些CEP条件下呈现出明显不对称的双峰结构.半经典理论计算可以定性地重现实验结果.理论分析表明,二价离子的不对称动量分布来自于非顺序双电离过程中碰撞直接电离(Recollision-Impact-Ionization,RII)与碰撞-激发电离(Recollision-Excitation and Subsequent Ionization,RESI)两个通道的贡献,其中不对称双峰结构来自于RII通道,而RESI通道影响的是低动量部分,导致双峰结构变平.RII通道中产生的Ne^(2+)离子动量分布对CEP有较强的依赖性,而RESI通道中Ne^(2+)离子动量分布随CEP的变化不明显.进一步的计算表明,离子实库仑势在非顺序双电离过程中起到非常重要的作用,它将引起RESI通道产量增大.

阿秒激光脉冲的产生与操控

随着激光技术的发展,激光的脉宽不断减小.21世纪初,研究者首次突破飞秒的界限,在实验室产生了孤立的阿秒脉冲,由此打开了阿秒科学的大门.目前最短的激光脉宽达到了43 as,这为超快光学测量带来了前所未有的时间分辨率,阿秒科学也成为近20年来超快光学领域最重要的成就之一.虽然少周期驱动光、偏振选通、双色光等多种方案已经被用于调控阿秒脉冲的产生,许多调控阿秒光源椭偏率的方法也得到了证实,但如何提升阿秒脉冲的能量及产生圆偏振阿秒脉冲仍然是当前研究的热点.

基于铌酸锂晶体的电光取样探测技术在近红外波段的频率响应和应用分析

电光取样探测(Electro-Optic Sampling,EOS)技术常用于探测宽带太赫兹辐射的电场时域波形,随后也被用于探测近红外-中红外波段的少周期激光脉冲电场波形。该技术中电光晶体的性能直接影响其探测的性能和频率响应带宽。研究了基于铌酸锂晶体的EOS技术在近红外波段的频率响应特征和带宽,并详细分析了该技术在探测近红外少周期激光脉冲中的应用,特别是探测过程中引起的少周期激光脉冲的畸变规律(包括其中心频率和带宽的变化规律)。经研究发现,在波长为900~2500 nm的近红外波段内,该技术对含有1.5个振荡周期的少周期脉冲产生的测量误差依赖于晶体厚度和待测的激光波长。当晶体厚度为10 m时,产生的带宽和中心频率偏差在1%以内;当晶体厚度为100 m时,产生的带宽最大偏差为25%,中心频率最大偏差为10%。对于含有2.5个振荡周期的少周期脉冲,产生的带宽和中心频率偏差明显减小。本文为实验中采用铌酸锂晶体EOS技术测量近红外波段少周期激光脉冲的电场波形提供了很好的理论参考。