高次諧波的產(chǎn)生與優(yōu)化控制

與、易發(fā)表團(tuán)^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(shù)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(biāo)志著激光與物質(zhì)的相互作用正在不斷地進(jìn)入新的領(lǐng)域。由于超快激光脈沖不僅在物理學(xué)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(lǐng)域也有著非常廣泛的應(yīng)用（如超高速半導(dǎo)體設(shè)備檢測，跟蹤化學(xué)反應(yīng)過程以及外科手術(shù)等）。因此，超短脈沖的發(fā)展，無論對于科學(xué)研究還是應(yīng)用領(lǐng)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(jìn)一步優(yōu)化控制單個阿秒脈沖這兩個方面展開了詳細(xì)討論。主要包括以下幾個方面：1.實(shí)驗(yàn)研究了高次諧波產(chǎn)生的相位匹配控制。應(yīng)用了操控電場可以有效改變電子的電離、加速運(yùn)動和復(fù)合這一原理，在實(shí)驗(yàn)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(qiáng)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(shí)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(qiáng)度、脈沖寬度,以及使用恰當(dāng)?shù)膹?qiáng)度比，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(jìn)行有效的實(shí)時精密控制。再由此推得類似的基波和三次諧波構(gòu)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(diǎn)，為以后的實(shí)際應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。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(jìn)一步提升到高頻波段.實(shí)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(zhuǎn)化效率（比截止區(qū)超連續(xù)譜的強(qiáng)度高約五個數(shù)量級），為單個阿秒脈沖的實(shí)際應(yīng)用和優(yōu)化控制提供了另一種新型有效的方法。4.在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)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(qiáng)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(guān)系，為高次諧波后期的實(shí)際應(yīng)用提供了一種便捷有效的方法。【關(guān)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(dǎo)效應(yīng)周期量級飛秒激光脈沖【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)【學(xué)位級別】：博士【學(xué)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(jìn)展15-341.2.1驅(qū)動光源的進(jìn)展15-191.2.2理論研究的進(jìn)展19-2微觀單原子模型22-宏觀傳播模型25-271.2.3實(shí)驗(yàn)研究的進(jìn)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(dǎo)效應(yīng)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(jìn)展34-361.4選題的意義、論文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)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(diǎn)38-39第二章高次諧波的產(chǎn)生和測量裝置39-522.1驅(qū)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(biāo)48-52第三章高次諧波的相位匹配控制研究52-613.1實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)參數(shù)介紹52-543.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析54-583.2.1不同級次諧波的強(qiáng)度與氣壓的關(guān)系54-553.2.2不同級次諧波的發(fā)散角與氣壓的關(guān)系55-573.2.3諧波強(qiáng)度和發(fā)散角與延時的關(guān)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(diǎn)分析59-603.4小結(jié)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(gòu)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(tuán)^vww論文發(fā)表專家模型與計(jì)算方法62-644.1.3計(jì)算結(jié)果與分析討論64-6電子返回動能與電子復(fù)合時間的關(guān)系65-6時間頻率分析66-674.2基波與三次諧波構(gòu)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(jié)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(jié)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(kuò)展區(qū)域下限方案73-7改變脈沖間強(qiáng)度比例-提高擴(kuò)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(jié)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(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)過程描述77-785.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析討論78-815.2.1諧波強(qiáng)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(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果81-875.3.1實(shí)驗(yàn)裝置調(diào)整及實(shí)驗(yàn)過程描述815.3