红外激光载波包络相位对氦原子的极紫外光(XUV)吸收谱的量子调控研究

本文通过数值求解双电子含时薛定谔方程,研究了利用红外(IR)超短超强激光的载波包络相位(CEP)对氦(He)原子的极紫外光(Extreme Ultra-Violet,XUV)吸收谱进行量子调控的可能性.当XUV作用到He原子上时,原子存在两个电离通道:无明显电子关联的直接电离和带强烈电子关联的间接电离(即通过双激发态自发电离).两个通道相互干涉可在XUV吸收谱中形成人们所熟知的Fano共振线型,并且谱线的形状由两个通道间的比例决定.通过引入另外一束IR激光,我们发现,原子的XUV吸收谱将发生明显改变,即伴随着超短脉冲CEP的改变而呈现出从Fano线型到Lorentz线型的周期性连续变化.上述结果表明,通过合理地控制超短脉冲的CEP可以有效地调控两个电离通道之间的量子干涉,进而为探测和操控原子中的极端超快电子关联提供可能.

超短脉冲谐波截止频率与载波包络相位关系的研究

采用Lewenstein模型计算了两个不同脉宽的超短脉冲高次谐波截止频率与包络载波相位的关系,结果显示,其截止频率随载波包络相位的增加先减小后增加.随着脉冲宽度的减小,高次谐波截止频率变化的幅度增加.我们按准经典的三步模型解释所得结果,并讨论了量子辐射效应.

少数周期光脉冲的初始载波包络相位的测量

提出了利用空气成丝产生的太赫兹波测量少数周期激光的初始载波包络相位(CEP)的方法。空气等离子体产生的太赫兹波形的演变可以用来探测传播中的少数周期激光的载波包络相位的变化。在少数周期强激光场,太赫兹波形反转的数目和反转位置都有规律地依赖于少数周期激光的载波包络相位。利用光电流模型的计算结果表明,在适中的能量范围内,对于所有的初始CEP,太赫兹波形反转点数目是两个或者一个,且在不同输入能量下,总是在初始CEP为0.5π时,太赫兹波形的两个反转点变为一个反转点。这可以提供准确测量驱动激光场初始CEP的方法。

降低多载波信号峰值平均功率比的新相位方案

针对等幅且各子载波等频率间隔的多载波信号,从瞬时包络功率出发,采用代数方法推导了一种降低峰值平均功率比(PAPR)的新相位方案。通过数值计算对峰值平均功率比的减小作用进行了验证,并给出了采用Newman相位方法计算的结果以便比较。数值结果表明,采用这种新的相位方案得到的PAPR不大于3 01dB,且随着子载波数的增大而接近2 65dB,克服了信号的非线性失真。

Ξ型介质中相对载波包络相位对脉冲特性的影响

利用数值模拟方法,研究了单光子共振及完全非共振情况下相对载波包络相位(RCEP)φ对在Ξ型三能级原子介质中传播的双色超短脉冲波形及频谱特性的影响。结果表明:在单光子共振情况中,RCEP对双色脉冲的传播形式及频谱特性有显著的控制作用。RCEP的大小可以决定脉冲振幅大小、传播速度快慢、脉冲分裂与否及子脉冲数目多少。当φ=π时,在传播过程中,脉冲不再发生分裂,而且脉冲的形状和强度基本保持不变。在完全非共振条件下,脉冲分裂不再发生,比单光子共振情况的频率范围大得多的超连续谱可以被得到。虽然RCEP对脉冲形式和频谱特性的影响不如单光子共振时那样强烈,但改变值φ仍可以使频谱范围及不同频率的强度分布有明显的改变。当φ=0时,可得到频谱更宽、连续性更好、高频分量强度更大的超连续谱。

载波包络相位稳定的6 fs超快强激光脉冲及其在高次谐波产生中的应用

脉冲宽度40 fs,功率1.1 W的载波包络相位(CEP)稳定的飞秒激光脉冲在充氩气的空芯光纤内由于自相位调制频谱展宽,通过啁啾镜和斜劈补偿色散,最终可获得脉冲宽度为6 fs的载波包络相位稳定的强激光脉冲.将之应用到高次谐波实验中得到了脉冲宽度为500 as的单个阿秒脉冲.

5 fs放大激光脉冲载波包络相位的锁定研究

针对结合啁啾脉冲放大技术(CPA)及脉冲压缩技术所产生的5 fs激光脉冲的载波包络相位(CEP)变化情况,设计制作了用于控制种子脉冲CEP快变化和放大压缩后1kHz重复频率的亚毫焦耳能量激光脉冲CEP慢变化的两级负反馈锁相环路,分析了相位控制系统的结构和原理,介绍了两级锁相环路中相位信号的提取、伺服控制环路的设计和闭环锁定的结果.实验结果表明,利用该锁相系统可以稳定地实现周期量级放大激光脉冲的CEP锁定,在大于3h的时间内,锁定后的CEP变化小于53mrad(均方根值).

飞秒钛宝石放大激光脉冲的载波包络相位测量与控制

通过对重复频率为1kHz的放大飞秒激光脉冲的光谱干涉实验,结合傅里叶变换进行了载波包络相位漂移的实验研究.在此基础上利用锁相环反馈控制技术实现了对载波包络相位的精密锁定,锁定后的激光脉冲稳态相位均方根误差小于80mrad,锁定时间超过3h.同时在理论上分析了光谱干涉测量放大激光脉冲载波包络相位的原理,给出了光谱干涉信号与载波包络相位的关系.

稠密V型介质中双色飞秒脉冲及频谱演化的RCEP调制

利用不含慢变振幅近似和旋波近似的全波Maxwell-Bloch方程组的数值解,研究单光子共振和失谐两种条件下,相对载波包络相位(RCEP)对在稠密V型三能级原子介质中传播的双色sech型飞秒超短脉冲及频谱演化的影响.结果表明,RCEP对双色脉冲的传播形式及频谱特性的调制在失谐情况比在单光子共振情况显著,在失谐条件下调节RCEP可获得比单光子共振条件下大得多的频谱展宽,出现了最高频率达到入射脉冲中心频率18倍的超连续谱.

基于单个BBO晶体载波包络相位稳定的高效率光参量放大器

基于单个BBO非线性晶体,利用非共线光参量放大技术,研究了载波包络相位稳定的高效率可调谐近红外脉冲产生.以载波包络相位稳定的飞秒激光放大系统产生的白光作为种子光,注入一个二类匹配的二级光参量放大器,在1350 nm波段获得抽运-信号光34%的转换效率.利用f—2f光谱相干测量技术,放大脉冲载波包络相位的抖动30 min内小于137 mrad.该方法提供了一种简单高效的载波包络相位稳定的红外脉冲产生技术.

不对称介质中载波包络相位相关的超快多光子现象研究

研究了不对称介质中载波包络相位(CEP)相关的超快多光子过程。研究发现,通过调节周期量级超短脉冲的CEP,能够实现对超快四波混频转换效率的有效控制。而且,进一步研究发现,入射脉冲的CEP能够被极化分子介质中产生的孤子脉冲"记住",这一崭新的效应提供了一种测量未经放大周期量级超短激光脉冲CEP的新方案。另外,研究了半抛物量子阱(QW)中的载波拉比振荡效应的物理机制。

椭圆偏振激光脉冲驱动的氙原子强场双电离对载波包络相位的依赖

利用经典系综模型,研究了椭圆偏振激光脉冲驱动的氙原子强场双电离。计算结果表明,Xe2+的末态动量分布强烈依赖于载波包络相位(CEP)。在该激光脉冲驱动下,双电离事件中同时存在次序双电离(SDI)和非次序双电离(NSDI)。SDI产率随CEP增大先减少后增大,NSDI产率随CEP增大先增大后减小,两者均呈周期变化,其周期为π。轨迹分析显示,NSDI事件仍然是由再碰撞而发生,并且该过程对应的物理机制能够由三步模型很好地解释;另外,SDI过程中两电子的电离时间以及NSDI过程中发生再碰撞的时间均强烈依赖于CEP,从而使得Xe2+的末态动量分布随CEP的改变而变化。

Ladder型介质中双色超短脉冲共振传播的RCEP控制

利用不含慢变振幅近似（SVEA）和旋波近似（RWA）的全波Maxwell—Bloch方程组的数值解，研究了单光子共振（即两个脉冲的中心频率分别与原子系统两个跃迁频率相等）情况中，在ladder型三能级原子介质中双色超短激光脉冲传播行为对相对载波包络位相（RCEP，以下简称相对位相）的依赖性．结果表明：相对位相对小面积双色脉冲的传播波形及频谱特性有显著的控制作用．相对位相的大小可以决定脉冲振幅大小、传播速度快慢、脉冲分裂与否及子脉冲数目多少．通过改变相对位相的数值可以获得更宽的频谱宽度及更高的光谱强度特别是高频分量的光谱强度．当双色脉冲面积增大时，相对位相对脉冲波形及频谱特性的控制作用有所减弱．

两台独立飞秒激光器的脉冲序列与载波包络相位同步

研究了两台独立运转的掺镱光纤飞秒激光器的脉冲序列与载波包络相位同步。使用平衡光学互相关的方法探测两台激光器的脉冲延迟,控制腔内高速压电陶瓷以锁定两台激光器的重复频率,得到两台激光器的剩余相对时间抖动为380as。不同的重复频率锁定带宽会对载波包络相位信号产生明显的影响,相比于使用压电陶瓷(低锁定带宽),使用电光调制器锁定重复频率(高锁定带宽)会使载波包络相位产生额外的噪声。将两台激光器的输出脉冲在空间上重合,入射进入平衡探测器,探测到两台激光器的相对载波包络频率信号。使用腔外声光调制器对两台激光器的载波包络相位进行锁定,得到两台激光器的剩余相位噪声为495mrad。锁定后观测到两激光器的光谱干涉,为相干脉冲合成奠定基础。

共振条件下载波包络相位效应对阈上电离谱的影响

本文通过求解三维含时薛定谔方程,从理论上研究了共振条件下氢原子的光电子能谱与角分布随着激光脉冲载波包络相位(CEP)的变化规律.研究结果表明:在共振位置附近,光电子能谱的强度与CEP有强烈的依赖关系;进一步对各个分波的分析,可以确定共振电离初态的角量子数.此外,利用光电子的角分布信息,可以对多周期激光脉冲的初始相位信息进行高精度探测.

掺镱光学频率梳噪声抑制与载波包络相位锁定

本文研究了泵浦源功率稳定性、环境温度和机械振动等因素对掺镱光纤光学频率梳自由运转下的载波包络偏移相位的影响,基于锁相环伺服反馈系统实现了光学频率梳的载波包络相位锁定.实验中采用重复频率为60 MHz的掺镱光纤飞秒激光器,经过两级功率放大、光谱展宽和f-2f拍频探测系统,获得了信噪比为25 dB的拍频信号.在此基础上,由伺服反馈系统对载波包络相位信号进行控制,锁定后的载波包络相位信号的频率抖动标准方差为283 mHz(计数时间为0.5 h).

基于高能光电子非对称性的少周期激光载波包络相位确定

提出了一种利用高能光电子的非对称角分布来确定少周期激光载波包络相位(CEP)的方法。通过二级强场近似方法研究了隧穿电离区域氦原子在少周期激光驱动下阈上电离高能光电子角分布对载波相位的依赖关系,选择合适能量范围的光电子分布,能够给出非对称参数随激光CEP的变化。研究结果表明,通过这种高能光电子得到的非对称参数和由数值求解含时薛定谔方程(TDSE)得到的非对称参数随CEP的变化趋势符合得很好。由数值求解TDSE获得的非对称参数包含了低能光电子的贡献,而二级强场近似的方法仅通过高能光电子得到,从而该方法为实验测定激光的载波包络相位提供了方便。

双光路测量红外飞秒激光脉冲的载波包络相位稳定性

描述了利用双光路自参考技术测量红外飞秒脉冲载波包络相移的方法,并通过建立的红外飞秒脉冲载波包络相移测量装置,实验测量了自主搭建的可调谐光学参量放大系统输出的红外飞秒激光脉冲的载波包络相移.对于1.6μm的激光脉冲,测量得到在100s内其相位抖动为115mrad(rms).实验结果表明双光路法具有易于调节、测量方便、应用性强等优点.

超短及超强脉冲激光研究进展

超短及超强脉冲激光是具有广泛应用的前沿技术,结合国际上有关该研究的最新进展,介绍了最近在周期量级脉冲激光的产生及包络相位测量、红外飞秒镁橄榄石激光研究、高精度飞秒激光同步、350 TW啁啾脉冲放大激光、飞秒激光腔外压缩等方面取得的结果。

超短脉冲谐波辐射过程中的量子路径分析

本文数值计算了脉宽为半个光学周期的超短脉冲在不同载波包络相位下的谐波波谱,通过比较谐波波谱截止频率与电子通过主要路径可获得的最大动能的差异,研究了超短脉冲谐波辐射过程中的量子路径.结果显示,超短脉冲谐波辐射过程中电子获得动能的量子路径偏离主要量子路径,而且该偏离效应受载波包络相位的影响.