强激光场中原子产生电离阈值下谐波的机制研究

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随着激光技术的不断发展,高强度的激光与原子、分子以及团簇等相互作用会释放出频率为激光频率高阶倍的高能光子,即产生高次谐波的发射。由于高次谐波辐射可以产生阿秒尺度范围的极紫外光源,并且使用这种超短的阿秒级激光脉冲可以实现对微观尺度下原子或分子中电子动力学的实时观测和控制,因此得到了越来越多的关注。经典的三步模型可以解释高次谐波的发射机制,首先电子通过势垒发生隧穿电离,随后电子在激光场的作用下加速,当激光场的方向改变时,电子反向加速与母核发生复合最终以高能光子的形式辐射出去。近年来,由于低于电离阈值的谐波可以产生真空紫外频率梳,因此得到了人们的广泛关注。尽管经典的三步模型可以给出高次谐波产生的物理图像,但是不能很好的解释低能谐波的动力学过程。另外,广泛采用的强场近似方法由于忽略了束缚态的贡献,也不能用来描述低于电离阈值的高次谐波产生。低于电离阈值高次谐波的性质要通过数值求解含时薛定谔方程来描述。本文通过广义伪谱方法精确数值求解了氢原子在强激光场中的三维含时薛定谔方程,研究了氢原子在强激光场中发射低于电离阈值谐波谱对激光强度的依赖性。伪谱方法求解含时薛定谔方程具有以下优点,也就是根据原子中电子的几率分布,在靠近核的位置选取网格点较密,远离核位置选取网格点较少,这种方法既能够保证计算结果的准确性同时也能减少计算量。一旦得到任意时刻的含时波函数,高次谐波可以通过时间依赖的速度或加速度的期望值的傅里叶变换得到,研究发现激光强度在低于电离阈值谐波产生时的通道选择过程中扮演着重要角色,主要有两种量子通道贡献于阈下谐波的产生,即广义的短轨道和长轨道,其中长轨道对激光场强度比较敏感,我们结合小波时频变换、经典轨道分析、以及强度依赖的量子通道选择分析,阐明了背后的物理机制。
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