控制强激光场中电子的多次散射产生超短阿秒脉冲研究

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目前,阿秒(10-18秒)脉冲的产生及应用是原子、分子及光物理的前沿研究领域。由于电子绕核运行的时间尺度为阿秒量级,因此利用阿秒脉冲能够实现对电子运动的直接探测和操控。实验上,单个阿秒脉冲对实时观测电子运动是有利的,所以人们期望获得单个阿秒脉冲。高次谐波具有典型特征:微扰区:谐波强度随能量增加,极具下降;平台区:紧接着谐波的强度几乎没有发生变化;截止区:从平台末端某阶谐波急速下降,谐波停止发射。叠加高次谐波平台末端的超连续结构,可产生阿秒脉冲。所以利用高次谐波辐射是获得阿秒脉冲最有前途的方法之一。然而,由于高次谐波产生过程中长轨道和短轨道的存在,通常直接叠加高次谐波谱得到的是阿秒脉冲串,而非单个阿秒脉冲。所以,人们想通过控制激光与原子相互作用产生谐波的动力学过程,寻求其他方式获得单个阿秒脉冲。根据半经典的“三步模型”,我们知道电子在激光场中,不止一次返回母核,每次返回都会与原子核复合,从而发射谐波,研究发现电子的多次散射现象对产生阿秒是不利的,所以要控制电子的多次散射,使得产生超连续高次谐波辐射,从而得到更短的单个阿秒脉冲。本论文的主要目标就是通过控制电子的多次散射,产生超短单个阿秒脉冲。我们利用伪谱方法数值求解了三维氦原子在中红外、中红外和极紫外的复合激光场中的含时薛定谔方程,进而研究了高次谐波和阿秒脉冲的产生。结果表明,中红外和极紫外的复合激光场中,发现在加入极紫外激光场后的谐波平台区震荡现象被有效地消除了,从而获得超宽带超连续高次谐波谱,通过叠加一段平台区谐波可以得到单个的超短阿秒脉冲。另外,我们通过对比两种激光场下谐波谱的时频分析,我们发现加了极紫外激光场之后谐波的强度有了明显的增加,并且谐波的发射更加集中,谐波谱更加光滑,说明对多次散射有了一定的抑制。除此之外,我们可以看到在加了极紫外激光场后长轨道的贡献变小了。综合以上的分析,我阐明了平台区的谐波震荡被消除了的原因。我们研究结果表明,在中红外和极紫外的复合激光场中(极紫外波长为氦原子跃迁的能极差),极紫外在合适的时间延迟加入有效控制了电子的多次返回,使我们得到了脉宽为21as的单个阿秒脉冲。
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