高次諧波的產(chǎn)生與優(yōu)化控制

與、易發(fā)表團^vww論文發(fā)表坦家高次諧波的產(chǎn)生與優(yōu)化控制【摘要】：隨著激光技術的不斷發(fā)展，激光脈沖的寬度越來越窄。從早期的連續(xù)光、納秒脈沖、皮秒脈沖一直到現(xiàn)在的飛秒脈沖，以及近年來正在研究之中的阿秒脈沖，標志著激光與物質的相互作用正在不斷地進入新的領域。由于超快激光脈沖不僅在物理學的研究中有著重要作用（如跟蹤原子的超快馳豫過程），而且在其它領域也有著非常廣泛的應用（如超高速半導體設備檢測，跟蹤化學反應過程以及外科手術等）。因此，超短脈沖的發(fā)展，無論對于科學研究還是應用領域，都具有非常重要的意義。目前,阿秒脈沖的獲得主要是通過高次諧波產(chǎn)生。本論文圍繞提高高次諧波的產(chǎn)生效率以及通過平臺區(qū)超連續(xù)譜的產(chǎn)生進一步優(yōu)化控制單個阿秒脈沖這兩個方面展開了詳細討論。主要包括以下幾個方面：1.實驗研究了高次諧波產(chǎn)生的相位匹配控制。應用了操控電場可以有效改變電子的電離、加速運動和復合這一原理，在實驗上通過加入一個新的弱電場,改變相互作用區(qū)域氣體的電離程度，調(diào)控高次諧波產(chǎn)生的相位匹配氣壓條件，從而有效提高了單次諧波的產(chǎn)生效率。此外，還證明了通過精密控制基波與諧波的強度以及激光聚焦的共焦參數(shù)，可以有效的優(yōu)化控制這一相位匹配過程。這種全光、精密、且實時可控的新型方案也可用于后期紫外光梳的優(yōu)化與控制。2.理論證明了通過調(diào)節(jié)雙色激光場間的相位延時、諧波強度、脈沖寬度,以及使用恰當?shù)膹姸缺?，可在高次諧波平臺區(qū)產(chǎn)生波段連續(xù)可調(diào)的極紫外超連續(xù)譜，并可進行有效的實時精密控制。再由此推得類似的基波和三次諧波構成的雙色場也可有效產(chǎn)生平臺區(qū)超連續(xù)譜，并分析了比較了這兩種雙色場之間的優(yōu)缺點，為以后的實際應用奠定了堅實的基礎。3.理論證明了通過三色脈沖合成，可將波段連續(xù)可調(diào)的高次諧波平臺區(qū)超連續(xù)譜的產(chǎn)生進一步提升到高頻波段.實現(xiàn)了在產(chǎn)生高頻單個阿秒脈沖的同時，大大提高它的能量轉化效率（比截止區(qū)超連續(xù)譜的強度高約五個數(shù)量級），為單個阿秒脈沖的實際應用和優(yōu)化控制提供了另一種新型有效的方法。4.在實驗上證實了周期量級飛秒啁啾脈沖可以有效的在高次諧波的平臺區(qū)產(chǎn)生超連續(xù)譜。頻率啁啾和相位匹配氣壓共同決定了平臺區(qū)超連續(xù)譜的產(chǎn)生，強度以及它的光譜范圍。另外,通過改變周期量級飛秒激光脈沖的啁啾，獲得了多種不同形式的高次諧波產(chǎn)生,包括超連續(xù)譜、偶次譜、干涉譜、分立譜等等。通過脈沖的時域相位測量，確定了脈沖啁啾和各種形式高次諧波產(chǎn)生的關系，為高次諧波后期的實際應用提供了一種便捷有效的方法?！娟P鍵詞】：高次諧波相位匹配平臺區(qū)超連續(xù)譜雙色場啁啾自引導效應周期量級飛秒激光脈沖【學位授予單位】：華東師范大學【學位級別】：博士【學位授予年份】：2009【分類號】：TN241【目錄】：論文摘要7-9ABSTRACT9-14第一章前言14-391.1高次諧波研究的重大意義14-151.2高次諧波的研究進展15-341.2.1驅動光源的進展15-191.2.2理論研究的進展19-2微觀單原子模型22-宏觀傳播模型25-271.2.3實驗研究的進展27-3雙色場調(diào)控高次諧波的產(chǎn)生27-2脈沖整形提高單次諧波的產(chǎn)生效率28-2偏振時間門獲得超連續(xù)譜產(chǎn)生29-3相位匹配的高次諧波產(chǎn)生 31-3啁啾脈沖調(diào)制諧波間的能量分配3高次諧波產(chǎn)生的自引導效應32-3高次諧波中的長短電子軌跡選擇341.3阿秒脈沖的研究進展34-361.4選題的意義、論文的主要工作及創(chuàng)新點36-391.4.1選題的意義36-371.4.2論文的主要工作37-381.4.3論文的創(chuàng)新點38-39第二章高次諧波的產(chǎn)生和測量裝置39-522.1驅動光源介紹39-452.1.1激光器性能參數(shù)介紹39-412.1.2周期量級飛秒激光脈沖的獲得41-452.2產(chǎn)生裝置介紹-靶室45-462.3測量裝置介紹-X射線平場光譜儀46-482.4譜儀定標48-52第三章高次諧波的相位匹配控制研究52-613.1實驗裝置和實驗參數(shù)介紹52-543.2實驗結果與分析54-583.2.1不同級次諧波的強度與氣壓的關系54-553.2.2不同級次諧波的發(fā)散角與氣壓的關系55-573.2.3諧波強度和發(fā)散角與延時的關系57-583.3數(shù)值分析討論58-603.3.1氣體盒子中的相位匹配分析583.3.2諧波的相位匹配控制58-593.3.3諧波相位匹配控制的優(yōu)缺點分析59-603.4小結60-61第四章合成場中高次諧波平臺區(qū)超連續(xù)譜的產(chǎn)生及其優(yōu)化控制61-774.1基波與二次諧波構成的雙色場產(chǎn)生的平臺區(qū)超連續(xù)譜62-674.1.1物理圖像分析624.1.2數(shù)值與、易發(fā)表團^vww論文發(fā)表專家模型與計算方法62-644.1.3計算結果與分析討論64-6電子返回動能與電子復合時間的關系65-6時間頻率分析66-674.2基波與三次諧波構成的雙色場產(chǎn)生的平臺區(qū)超連續(xù)譜67-684.2.1數(shù)值模擬結果67-684.2.2兩種雙色場產(chǎn)生平臺區(qū)超連續(xù)譜的比較分析684.3三色場下平臺區(qū)超連續(xù)譜的產(chǎn)生及其優(yōu)化控制68-764.3.1理論分析68-714.3.2數(shù)值模擬結果與分析討論71-7三種激光場下高次諧波光譜特征的比較分析71-7三色場中各個諧波的作用分析734.3.3三色場下平臺區(qū)超連續(xù)譜的優(yōu)化與控制73-7降低基波與諧波脈寬-降低擴展區(qū)域下限方案73-7改變脈沖間強度比例-提高擴展區(qū)域上限方案74-7提高諧波級次-縮短輻射時間間隔方案75-764.4小結76-77第五章周期量級飛秒啁啾脈沖下的高次諧波產(chǎn)生77-885.1實驗裝置及實驗過程描述77-785.2實驗結果及分析討論78-815.2.1諧波強度隨氣壓的變化78-795.2.2諧波發(fā)散角隨氣壓的變化79-815.3改變啁啾驗證實驗結果81-875.3.1實驗裝置調(diào)整及實驗過程描述815.3