高次谐波的产生与优化控制

高次谐波的产生与优化控制

【摘要】：随着激光技术的不断发展,激光脉冲的宽度越来越窄。从早期的连续光、纳秒脉冲、皮秒脉冲一直到现在的飞秒脉冲,以及近年来正在研究之中的阿秒脉冲,标志着激光与物质的相互作用正在不断地进入新的领域。由于超快激光脉冲不仅在物理学的研究中有着重要作用(如跟踪原子的超快驰豫过程),而且在其它领域也有着非常广泛的应用(如超高速半导体设备检测,跟踪化学反应过程以及外科手术等)。因此,超短脉冲的发展,无论对于科学研究还是应用领域,都具有非常重要的意义。目前,阿秒脉冲的获得主要是通过高次谐波产生。本论文围绕提高高次谐波的产生效率以及通过平台区超连续谱的产生进一步优化控制单个阿秒脉冲这两个方面展开了详细讨论。主要包括以下几个方面:1.实验研究了高次谐波产生的相位匹配控制。应用了操控电场可以有效改变电子的电离、加速运动和复合这一原理,在实验上通过加入一个新的弱电场,改变相互作用区域气体的电离程度,调控高次谐波产生的相位匹配气压条件,从而有效提高了单次谐波的产生效率。此外,还证明了通过精密控制基波与谐波的强度以及激光聚焦的共焦参数,可以有效的优化控制这一相位匹配过程。这种全光、精密、且实时可控的新型方案也可用于后期紫外光梳的优化与控制。2.理论证明了通过调节双色激光场间的相位延时、谐波强度、脉冲宽度,以及使用恰当的强度比,可在高次谐波平台区产生波段连续可调的极紫外超连续谱,并可进行有效的实时精密控制。再由此推得类似的基波和三次谐波构成的双色场也可有效产生平台区超连续谱,并分析了比较了这两种双色场之间的优缺点,为以后的实际应用奠定了坚实的基础。3.理论证明了通过三色脉冲合成,可将波段连续可调的高次谐波平台区超连续谱的产生进一步提升到高频波段.实现了在产生高频单个阿秒脉冲的同时,大大提高它的能量转化效率(比截止区超连续谱的强度高约五个数量级),为单个阿秒脉冲的实际应用和优化控制提供了另一种新型有效的方法。4.在实验上证实了周期量级飞秒啁啾脉冲可以有效的在高次谐波的平台区产生超连续谱。频率啁啾和相位匹配气压共同决定了平台区超连续谱的产生,强度以及它的光谱范围。另外,

通过改变周期量级飞秒激光脉冲的啁啾,获得了多种不同形式的高次谐波产生,包括超连续谱、偶次谱、干涉谱、分立谱等等。通过脉冲的时域相位测量,确定了脉冲啁啾和各种形式高次谐波产生的关系,为高次谐波后期的实际应用提供了一种便捷有效的方法。【关键词】：高次谐波相位匹配平台区超连续谱双色场啁啾自引导效应周期量级飞秒激光脉冲

【学位授予单位】：华东师范大学

【学位级别】：博士

【学位授予年份】：2009

【分类号】：TN241

【目录】：论文摘要7-9ABSTRACT9-14第一章前言14-391.1高次谐波研究的重大意义14-151.2高次谐波的研究进展15-341.2.1驱动光源的进展15-191.2.2理论研究的进展19-271.2.2.1微观单原子模型22-251.2.2.2宏观传播模型25-271.2.3实验研究的进展27-341.2.3.1双色场调控高次谐波的产生27-281.2.3.2脉冲整形提高单次谐波的产生效率28-291.2.3.3偏振时间门获得超连续谱产生29-311.2.3.4相位匹配的高次谐波产生31-321.2.3.5啁啾脉冲调制谐波间的能量分配321.2.3.6高次谐波产生的自引导效应32-341.2.3.7高次谐波中的长短电子轨迹选择341.3阿秒脉冲的研究进展34-361.4选题的意义、论文的主要工作及创新点36-391.4.1选题的意义36-371.4.2论文的主要工作37-381.4.3论文的创新点38-39第二章高次谐波的产生和测量装置39-522.1驱动光源介绍39-452.1.1激光器性能参数介绍39-412.1.2周期量级飞秒激光脉冲的获得41-452.2产生装置介绍-靶室45-462.3测量装置介绍-X射线平场光谱仪46-482.4谱仪定标48-52第三章高次谐波的相位匹配控制研究52-613.1实验装置和实验参数介绍52-543.2实验结

果与分析54-583.2.1不同级次谐波的强度与气压的关系54-553.2.2不同级次谐波的发散角与气压的关系55-573.2.3谐波强度和发散角与延时的关系57-583.3数值分析讨论58-603.3.1气体盒子中的相位匹配分析583.3.2谐波的相位匹配控制58-593.3.3谐波相位匹配控制的优缺点分析59-603.4小结60-61第四章合成场中高次谐波平台区超连续谱的产生及其优化控制61-774.1基波与二次谐波构成的双色场产生的平台区超连续谱62-674.1.1物理图像分析624.1.2数值模型与计算方法62-644.1.3计算结果与分析讨论64-674.1.3.1电子返回动能与电子复合时间的关系65-664.1.3.2时间频率分析66-674.2基波与三次谐波构成的双色场产生的平台区超连续谱67-684.2.1数值模拟结果67-684.2.2两种双色场产生平台区超连续谱的比较分析684.3三色场下平台区超连续谱的产生及其优化控制68-764.3.1理论分析68-714.3.2数值模拟结果与分析讨论71-734.3.2.1三种激光场下高次谐波光谱特征的比较分析71-734.3.2.2三色场中各个谐波的作用分析734.3.3三色场下平台区超连续谱的优化与控制73-764.3.3.1降低基波与谐波脉宽-降低扩展区域下限方案73-744.3.3.2改变脉冲间强度比例-提高扩展区域上限方案74-754.3.3.3提高谐波级次-缩短辐射时间间隔方案75-764.4小结76-77第五章周期量级飞秒啁啾脉冲下的高次谐波产生77-885.1实验装置及实验过程描述77-785.2实验结果及分析讨论78-815.2.1谐波强度随气压的变化78-795.2.2谐波发散角随气压的变化79-815.3改变啁啾验证实验结果81-875.3.1实验装置调整及实验过程描述815.3.2实验结果及分析讨论81-875.3.2.1光斑及光谱的变化82-845.3.2.2spider测得的脉冲截面和脉冲相位84-875.4小结87-88第六章总结与展望88-90参考文献90-102攻读博士学位期间发表论文及申请专利102-104致谢104 本论文购买请联系页眉网站。