强激光场中固体高次谐波发射及光谱红移的理论研究

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随着激光进入人们的视野,强激光脉冲与物质相互作用会产生一系列非线性现象。高次谐波是一种非微扰的高阶非线性辐射。通过大量的研究表明高次谐波发射具有广泛的应用空间,比如它可以用来制备阿秒脉冲和X射线光源,进而用来观察物质的微观结构以及追踪物质中电子的超快动力学过程。所以无论在实验上还是在理论计算上都是一个热门课题。在过去的三十年间,人们致力于气体高次谐波的研究。尽管其研究取得了巨大的成功,但是气体高次谐波的发射效率并不高。为了改善这一现象,人们逐渐把目光从气体靶介质转移到了固体靶介质。由于固体介质本身的电子密度远大于气体介质,再加上固体介质具有周期性,所以与气体高次谐波发射相比,固体高次谐波发射的效率会更高,因此对于固体高次谐波发射的研究成为了广泛探索的课题。研究内容主要包括以下几个方面:(1)研究激光场与掺杂半导体作用的高次谐波发射过程。在掺杂半导体的情况下,我们发现能带发生了劈裂,并且能带劈裂的间隔可以通过调节势阱深度来加以控制。此外,与本征半导体相比,掺杂半导体谐波谱的第二平台强度明显增强。考虑不同杂质数量对能带劈裂的影响时,发现随着杂质数量的增加,杂质能级演化成杂质能带,从而导致能带发生劈裂。(2)研究不同初始电离通道下的高次谐波发射。相比于初始为隧穿电离通道,初始为多光子电离通道产生的高次谐波谱的第二平台强度更强,并且谐波谱更加延展。我们发现对于初始为多光子电离通道而言,电子的运动路径更加丰富,不仅可以直接跃迁,也可以间接跃迁。(3)利用玻姆轨迹研究固体中电子的复合过程。通过比较我们发现固体的玻姆轨迹与时间依赖的电子几率密度符合的很好。说明可以利用玻姆轨迹来研究固体中电子的运动。我们发现当固体的玻姆轨迹改变方向时可以发射固体高次谐波。为了进一步证明我们的观点,我们给出了玻姆粒子获得的总能量随时间的变化,可以观察到当玻姆轨迹改变方向时,玻姆粒子获得的总能量突然降低,从而损失能量发射谐波。对于含有缺陷的固体材料,我们发现处于不同初始位置的玻姆轨迹的相似性打破,此时的玻姆轨迹类似于原子的玻姆轨迹,集中于坐标x=0点附近。(4)研究了2.3μm的激光脉冲,以及其和6.25μm的组合激光脉冲下固体高次谐波发射的光谱红移现象。在单色场的情况下,观察到光谱红移现象,并且通过增强入射激光场的峰值强度,发现谐波的强度不再连续。当叠加太赫兹场时,我们观察到光谱红移更加明显且红移现象的产生和消失可以被控制。
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