強(qiáng)場(chǎng)高次諧波及阿秒脈沖的優(yōu)化研究.pdf

1、超強(qiáng)超短激光的產(chǎn)生及其應(yīng)用是近年激光物理與技術(shù)發(fā)展的新前沿。超強(qiáng)超短激光技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)聚焦功率密度達(dá)到甚至遠(yuǎn)超過相對(duì)論光強(qiáng)量級(jí)或者脈寬接近一個(gè)光學(xué)周期的激光脈沖,從而將激光場(chǎng)與物質(zhì)的相互作用推進(jìn)到非微擾、高度非線性的領(lǐng)域,并進(jìn)而導(dǎo)致一系列新效應(yīng),新現(xiàn)象,其中之一就是高次諧波的產(chǎn)生。通常,超強(qiáng)超短激光與原子、分子氣體相互作用產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)化效率在低級(jí)次端隨著級(jí)次的增加而迅速下降;隨后下降趨勢(shì)變得平緩,形成一個(gè)寬闊的平臺(tái)區(qū)；最后在譜的末端,

2、諧波效率迅速下降為零,形成陡峭的截止區(qū)。實(shí)驗(yàn)表明,強(qiáng)場(chǎng)高次諧波的級(jí)次可以高達(dá)數(shù)百,如以800nm波長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)激光場(chǎng)為例,產(chǎn)生的諧波光子最高能量己可達(dá)到keV量級(jí)。
　　 由于高次諧波可望成為可調(diào)諧、高強(qiáng)度、臺(tái)式化的超快(脈寬達(dá)到飛秒乃至阿秒時(shí)間尺度)極紫外(XUV)相干光源,該領(lǐng)域已經(jīng)成為國際上強(qiáng)場(chǎng)超快激光物理研究的熱點(diǎn)之一。然而因?yàn)楦叽沃C波的產(chǎn)生是高度的非線性過程,高次諧波的產(chǎn)生效率非常低。如何推進(jìn)更短波長(zhǎng)以及更高轉(zhuǎn)換效率的高次

3、諧波輸出,并進(jìn)而產(chǎn)生較高能量的單個(gè)阿秒脈沖,已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題。
　　 本論文圍繞提高高次諧波的產(chǎn)生效率以及通過優(yōu)化展寬截止區(qū)XUV超連續(xù)譜進(jìn)一步產(chǎn)生單個(gè)阿秒脈沖這兩個(gè)方面展開了詳細(xì)的討論。主要工作和創(chuàng)新性成果如下:
　　 1、本文首先對(duì)高次諧波產(chǎn)生的理論以及在介質(zhì)中的傳播進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,這是本文開展研究工作的基礎(chǔ),對(duì)如何增強(qiáng)單原子高次諧波輻射進(jìn)行了理論分析,并討論了高次諧波在宏觀介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)相位匹配的主要方案。<

4、br>　　 2、首次提出了對(duì)雙色場(chǎng)進(jìn)行多個(gè)參數(shù)同時(shí)優(yōu)化的思想,利用模擬退火算法對(duì)基頻800nm和長(zhǎng)波2400nm雙色合成場(chǎng)進(jìn)行了附加長(zhǎng)波場(chǎng)的能量、脈寬及兩脈沖延時(shí)同時(shí)進(jìn)行了優(yōu)化,將氬原子中產(chǎn)生的高次諧波截止區(qū)的XUV超連續(xù)譜從單色場(chǎng)的10eV拓寬到雙色場(chǎng)的115eV。引入多參數(shù)優(yōu)化的思想以后,可以充分利用實(shí)驗(yàn)室的激光參數(shù)條件,得到高次諧波截止區(qū)展寬的XUV超連續(xù)譜,從而支持脈寬更短的單個(gè)阿秒脈沖產(chǎn)生。
　　 3、首次提出了用于

5、高次諧波的多準(zhǔn)相位匹配思想,利用諧波在介質(zhì)中傳輸?shù)暮?jiǎn)化模型,數(shù)值模擬了諧波信號(hào)的傳輸。用模擬退火優(yōu)化算法設(shè)計(jì)了內(nèi)徑非周期調(diào)制的空心光纖,利用激光場(chǎng)空間調(diào)制提供的多個(gè)倒格矢來補(bǔ)償不同階次HHG的位相失配,實(shí)現(xiàn)了高次諧波的多準(zhǔn)相位匹配。通過設(shè)計(jì)不同的非周期微結(jié)構(gòu)空心光纖,可以得到任意所需的HHG能量譜,從而為阿秒脈沖的產(chǎn)生提供一種新的思路和方法。
　　 4、實(shí)驗(yàn)上用激光微加工的方法制備了用于HHG多準(zhǔn)相位匹配的內(nèi)徑非周期調(diào)制的空心毛