強場高次諧波及阿秒脈沖的優(yōu)化研究.pdf

1、超強超短激光的產(chǎn)生及其應(yīng)用是近年激光物理與技術(shù)發(fā)展的新前沿。超強超短激光技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)聚焦功率密度達(dá)到甚至遠(yuǎn)超過相對論光強量級或者脈寬接近一個光學(xué)周期的激光脈沖,從而將激光場與物質(zhì)的相互作用推進到非微擾、高度非線性的領(lǐng)域,并進而導(dǎo)致一系列新效應(yīng),新現(xiàn)象,其中之一就是高次諧波的產(chǎn)生。通常,超強超短激光與原子、分子氣體相互作用產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)化效率在低級次端隨著級次的增加而迅速下降;隨后下降趨勢變得平緩,形成一個寬闊的平臺區(qū)；最后在譜的末端,

2、諧波效率迅速下降為零,形成陡峭的截止區(qū)。實驗表明,強場高次諧波的級次可以高達(dá)數(shù)百,如以800nm波長的驅(qū)動激光場為例,產(chǎn)生的諧波光子最高能量己可達(dá)到keV量級。
　　 由于高次諧波可望成為可調(diào)諧、高強度、臺式化的超快(脈寬達(dá)到飛秒乃至阿秒時間尺度)極紫外(XUV)相干光源,該領(lǐng)域已經(jīng)成為國際上強場超快激光物理研究的熱點之一。然而因為高次諧波的產(chǎn)生是高度的非線性過程,高次諧波的產(chǎn)生效率非常低。如何推進更短波長以及更高轉(zhuǎn)換效率的高次

3、諧波輸出,并進而產(chǎn)生較高能量的單個阿秒脈沖,已成為當(dāng)前研究的熱點問題。
　　 本論文圍繞提高高次諧波的產(chǎn)生效率以及通過優(yōu)化展寬截止區(qū)XUV超連續(xù)譜進一步產(chǎn)生單個阿秒脈沖這兩個方面展開了詳細(xì)的討論。主要工作和創(chuàng)新性成果如下:
　　 1、本文首先對高次諧波產(chǎn)生的理論以及在介質(zhì)中的傳播進行了詳細(xì)的闡述,這是本文開展研究工作的基礎(chǔ),對如何增強單原子高次諧波輻射進行了理論分析,并討論了高次諧波在宏觀介質(zhì)中實現(xiàn)相位匹配的主要方案。<

4、br>　　 2、首次提出了對雙色場進行多個參數(shù)同時優(yōu)化的思想,利用模擬退火算法對基頻800nm和長波2400nm雙色合成場進行了附加長波場的能量、脈寬及兩脈沖延時同時進行了優(yōu)化,將氬原子中產(chǎn)生的高次諧波截止區(qū)的XUV超連續(xù)譜從單色場的10eV拓寬到雙色場的115eV。引入多參數(shù)優(yōu)化的思想以后,可以充分利用實驗室的激光參數(shù)條件,得到高次諧波截止區(qū)展寬的XUV超連續(xù)譜,從而支持脈寬更短的單個阿秒脈沖產(chǎn)生。
　　 3、首次提出了用于

5、高次諧波的多準(zhǔn)相位匹配思想,利用諧波在介質(zhì)中傳輸?shù)暮喕Ｐ?數(shù)值模擬了諧波信號的傳輸。用模擬退火優(yōu)化算法設(shè)計了內(nèi)徑非周期調(diào)制的空心光纖,利用激光場空間調(diào)制提供的多個倒格矢來補償不同階次HHG的位相失配,實現(xiàn)了高次諧波的多準(zhǔn)相位匹配。通過設(shè)計不同的非周期微結(jié)構(gòu)空心光纖,可以得到任意所需的HHG能量譜,從而為阿秒脈沖的產(chǎn)生提供一種新的思路和方法。
　　 4、實驗上用激光微加工的方法制備了用于HHG多準(zhǔn)相位匹配的內(nèi)徑非周期調(diào)制的空心毛