【摘 要】
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高次谐波生成是强激光激发原子、分子时产生的一种重要的非线性效应。它是指激光场中被电离的电子与母核复合后产生的一种频率为激光频率的整数倍的高频率辐射。强场条件下角动量的转化及其守恒规律是最近经常讨论的热点问题之一,高次谐波生成过程中角动量的转化问题也迅速引起大量关注,成为强激光物理领域的前沿课题之一。本论文采用全量子的非微扰散射理论,研究强激光脉冲驱动原子产生高次谐波过程中的角动量的转化机制和守恒规
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高次谐波生成是强激光激发原子、分子时产生的一种重要的非线性效应。它是指激光场中被电离的电子与母核复合后产生的一种频率为激光频率的整数倍的高频率辐射。强场条件下角动量的转化及其守恒规律是最近经常讨论的热点问题之一,高次谐波生成过程中角动量的转化问题也迅速引起大量关注,成为强激光物理领域的前沿课题之一。本论文采用全量子的非微扰散射理论,研究强激光脉冲驱动原子产生高次谐波过程中的角动量的转化机制和守恒规律,再现了Nature Photonics杂志报导的实验观测。本论文的主要研究内容及结果如下:(1)研究了不同频率组合、不同激光强度比的双色反向旋转圆偏振场中氩原子的谐波能谱。根据位相贝塞尔函数的相位关系,我们揭示了两个激光模式中转化的净光子数具有q1(28)q2?1的特点,得到了谐波级次满足nq?1的规律,证实nq(10)1次谐波具有与基频场相同的自旋角动量、nq-1次谐波具有与倍频场相同的自旋角动量的特点。我们还发现,nq?1次的谐波产率分别依赖于基频场的激光强度和倍频场的激光强度,借此可以利用激光场对特定偏振的谐波进行选择。此外,通过对比双圆偏振激光场中的氙原子和氩原子的谐波能谱,发现原子束缚能越小,高次谐波的产率越高。(2)研究了圆偏振+椭圆偏振的双色激光场中氩原子的高次谐波生成,确认了谐波生成过程中自旋角动量的平衡机制,再现了谐波产率随椭圆偏振度的变化。我们将椭圆偏振激光场分解成两个同频率、对旋、强度随偏振度变化的圆偏振激光场,根据三模位相贝塞尔函数的相位关系,发现了三个激光模式中转化为谐波的净光子数满足qL(28)qR?1的特点,自旋角动量在谐波和左旋、右旋的光子之间得以平衡,从而证实椭圆偏振的激光场中谐波生成是一个参量过程。(3)推导了三模激光场中谐波生成的产率解析表达式,并用于研究双色椭圆偏振激光场中氩原子的高次谐波生成,确认了特定通道的谐波产率随椭圆偏振度的变化,再现了Nature Photonics杂志报导的实验观测。研究发现,同一阶次的谐波有多个产生通道;随着椭圆偏振度的变化,一个产生通道中谐波产率具有多个极大值,在二维图中呈现多个岛形结构;岛形结构的分布关于椭圆偏振度90°对称,分布区域与第二个激光模式中转化的光子数相关,其越接近0,岛形结构分布越接近90°的区域。我们发现当基频场为椭圆偏振场时,岛形结构的分布随椭圆偏振度呈V型分布,并且从第一个激光模式转化的光子数固定不变;当倍频场为椭圆偏振场时,岛形结构随椭圆偏振度变化呈倒V型结构,并且从第三个激光模式转化的光子数固定不变。我们首次揭示这一特点,并确认其是由激光模式之间的耦合造成的。
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