超短脈沖載波包絡(luò)相位相關(guān)效應(yīng)的研究.pdf

1、超短激光脈沖具有極短的持續(xù)時(shí)間和極強(qiáng)的峰值功率，它在物理、化學(xué)、生物以及交叉科學(xué)領(lǐng)域都有非常吸引人的應(yīng)用前景，如控制物理化學(xué)過(guò)程飛秒化學(xué)、生物光子成像等。當(dāng)超短脈沖持續(xù)時(shí)間只有少數(shù)幾個(gè)光學(xué)周期的時(shí)候，稱為周期量級(jí)超短脈沖，此時(shí)脈沖的載波-包絡(luò)相位(Carrier-envelope-phase，CEP)成為影響光與物質(zhì)作用微觀過(guò)程的重要因素。研究超快脈沖的CEP 相關(guān)效應(yīng)并發(fā)展測(cè)量CEP的可行性理論是現(xiàn)代光學(xué)一項(xiàng)非常有意義的研究。超短脈沖

2、在介質(zhì)中的傳播可以產(chǎn)生亞周期脈沖，因此傳播問(wèn)題也是人們感興趣的課題。本論文采用數(shù)值計(jì)算的方法，分別研究了周期量級(jí)超短脈沖與少能級(jí)原子系統(tǒng)相互作用的CEP 相關(guān)效應(yīng)及其在介質(zhì)中的傳播產(chǎn)生亞周期脈沖的特性。主要內(nèi)容如下：
　　 ⑴研究了強(qiáng)場(chǎng)超短脈沖與兩能級(jí)原子系統(tǒng)作用產(chǎn)生的高次諧波(High-orderHarmonic Generation，HHG)在其截止區(qū)的CEP 相關(guān)效應(yīng)。具體研究了對(duì)于高斯脈沖載波-包絡(luò)相位分別為φ=0和φ=

3、0.5π 兩種情況下絕熱態(tài)能級(jí)的能量和截止區(qū)的高次諧波隨入射脈沖的變化。通過(guò)數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)，兩能級(jí)模型產(chǎn)生高次諧波和絕熱態(tài)的能量都是隨入射電場(chǎng)的CEP 緊密相關(guān)的。同三步模型一樣，兩能級(jí)原子模型中的高次諧波在截止區(qū)的特性也是具有CEP 相關(guān)效應(yīng)的。
　　 ⑵探討了超短脈沖與半導(dǎo)體雙耦合量子點(diǎn)(Coupled-quantum-dot，CQD)三能級(jí)系統(tǒng)相互作用的CEP 相關(guān)效應(yīng)。通過(guò)數(shù)值計(jì)算分析了兩個(gè)量子點(diǎn)組成的CQDs 系統(tǒng)發(fā)生電

4、子隧穿之后右邊量子點(diǎn)的粒子數(shù)分布關(guān)于CEP的相關(guān)性，研究結(jié)果表明兩個(gè)量子點(diǎn)之間的隧穿在不同的系統(tǒng)參數(shù)條件下都對(duì)CEP 極度敏感，這種相位敏感性比冷原子介質(zhì)中束縛態(tài)的原子相干和量子拍對(duì)CEP的相關(guān)性要大。
　　 ⑶對(duì)比分析了5fs的超短脈沖在周期性兩能級(jí)稠密介質(zhì)中傳播時(shí)，近偶極-偶極(Near-dipole-dipole，NDD)相互作用對(duì)產(chǎn)生亞周期孤子脈沖的影響?？紤]稠密介質(zhì)中NDD 相互作用造成的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)孤子脈沖的傳播群速

5、度比不考慮NDD 相互作用時(shí)要快，并且孤子傳播過(guò)程中頻率會(huì)出現(xiàn)低頻成分，但從介質(zhì)中出射的脈沖不受其影響。在介質(zhì)密度更大的情況下，孤子脈沖在周期性介質(zhì)中傳播時(shí)由于介質(zhì)表面反射增強(qiáng)會(huì)逐漸耗散，因此研究該模型可以直接忽略NDD 相互作用的影響。
　　 ⑷提出了在三能級(jí)半導(dǎo)體耦合雙量子阱(Coupled-quantum-well,CQW)系統(tǒng)中利用超短脈沖的傳播特性產(chǎn)生更短的亞周期脈沖的方案。在半導(dǎo)體耦合量子阱中，研究了入射面積分別為2

6、π和4π的超短脈沖的傳播，發(fā)現(xiàn)2π 脈沖在介質(zhì)中會(huì)逐漸衰減，但4π 脈沖傳播過(guò)程中可以產(chǎn)生亞周期脈沖。由于固體CQW 介質(zhì)具有更大的參數(shù)可調(diào)性，我們認(rèn)為該方案在產(chǎn)生亞周期脈沖方面有較好的應(yīng)用前景。超快光學(xué)是非線性光學(xué)領(lǐng)域一門日新月異飛速發(fā)展的科學(xué)。我們的工作在一個(gè)相對(duì)較低的強(qiáng)度范圍內(nèi)研究了超短光脈沖與束縛態(tài)能級(jí)相互作用的有關(guān)特性，對(duì)超短脈沖CEP的控制與測(cè)量以及如何產(chǎn)生更短亞周期脈沖提出了相應(yīng)的方案，對(duì)超快光學(xué)的發(fā)展具有一定的參考意義。