低强度激光载波包络相位对电子能谱作用的研究

发布时间：2020-04-05 17:04

【摘要】：周期量级激光脉冲技术的出现和发展促进了强场物理与阿秒科学及其相关技术的发展。由于强激光脉冲与原子分子作用时存在高度的非线性效应,许多强场物理过程如隧穿电离、非次序双电离、高次谐波等将会强烈地依赖于瞬时激光电场的大小,而不是整个激光脉冲峰值的大小。周期量级激光脉冲的瞬时激光电场的大小和载波包络相位密切相关,所以载波包络相位是周期量级激光脉冲的一个重要参数。目前利用载波包络相位稳定的激光脉冲产生的高次谐波可以获得单个阿秒激光脉冲,也可以实现原子或分子中电子出射方向的精确控制和分子解离过程中电子的局域化操控等。因此,精确测量周期量级激光脉冲的载波包络相位是当前强场物理研究中的一个重要研究课题。本文对周期量级激光脉冲作用下的原子电离过程进行了精确数值模拟,通过数值求解含时薛定谔方程的方法得到不同光强下的光电子不对称参数谱和归一化光电子能谱,系统地研究了在不同光强下依赖于载波包络相位的光电子不对称参数谱和归一化光电子能谱。在低能电子能谱中,发现了依赖于载波包络相位的周期间干涉条纹,并提出了利用这些周期间干涉条纹测量低强度周期量级激光脉冲载波包络相位的方法,对于周期量级激光脉冲的载波包络相位的研究及其测量具有十分重要的意义。论文的主要研究内容如下:周期量级激光脉冲对强场物理电离过程的作用的研究已经进行了几十年,然而以往大多数对载波包络相位效应的研究都是集中在光强比较高的情况,少数针对光强较低的载波包络相位效应的研究都是集中在激发态布居和多光子通道干涉的载波包络相位效应的研究上,而对于低光强下载波包络相位对光电子能谱结构的影响还没有人研究过。本文采用数值求解含时薛定谔方程的方法,研究了H原子在光强为2×10~(13)W/cm~2-1×10~(14)W/cm~2,波长为800纳米的周期量级激光脉冲作用下的电子不对称参数谱和归一化光电子能谱。研究结果显示在高光强下(大于3×10~(13)W/cm~2),高能光电子(大于2U_p,其中U_p为有质动力能)的产率对于不同能量的光电子表现出两种随载波包络相位的振荡。而光强较低时(小于3′10~(13)W/cm~2),高能光电子的产率随载波包络相位的振荡几乎不随电子能量的变化而变化,即高能光电子和低能光电子在平台区的振荡没有明显的相位移动,这意味着以往经常采用的测量载波包络相位的Stereo-ATI技术在低光强下测量精度将会大大降低。本文进一步发现,归一化光电子能谱的低能部分出现了一些依赖于载波包络相位的干涉条纹,利用半经典模型发现这些干涉条纹来自于电离时间间隔约为一个激光周期的电子波包的周期间干涉,并提出了利用这些周期间干涉条纹来测量低光强下周期量级激光脉冲载波包络相位的方法。该方法操作简单,稳定性好,不易受到激光焦点光强平均效应的影响,有较高的测量精度,弥补了Stereo-ATI技术在低光强下测量精度降低的不足。
【图文】：

原理图,啁啾脉冲放大技术,原理

中科技大学硕士学位论器比以往的激光器体积小，也更具有实用性，因此这种以钛的激光器很快便成为当时激光技术的研究重点和发展方向蓝宝石为增益介质的固体激光器，在结合克尔透镜锁模以及得到脉宽比较短的激光脉冲，但是激光的峰值功率过高时增效应，严重时有可能导致增益介质的损坏。为了解决增益介啾脉冲放大（chirped pulse amplification, CPA）技术顺势而生u 等人提出的[5]。啁啾脉冲放大技术的工作原理如图 1-1 所对高色散系数的光栅得到了脉宽较宽的激光脉冲，此时激光益介质的损伤阈值，然后将展宽的激光脉冲进行放大，最后一对相同但色散特性相反的光栅将脉宽压缩，最后可以得到

激光脉冲,周期量,脉宽,飞秒

华中科技大学硕士学位论文方面，先后出现了一些新技术：例如，Yamane 等所在的研究小组在实验室中输出了脉冲宽度约为 3.4 飞秒的周期量级激光脉冲[7]。随后为了使周期量级激光脉冲的脉宽更短，他们又发明了一项新技术：利用充气空心光纤诱导相位调制技术可以输出脉宽为 2.6 飞秒的激光脉冲[8]。至此激光脉冲的脉宽已经被压缩到接近单个光周期所以基本不可能压缩出更短脉宽的激光。激光脉冲的峰值功率也有了很大程度的提高，目前在实验室中所能获得的最大激光峰值功率为 1021W/cm2，其对应的电场强度已经远远高于氢原子第一波尔轨道处的库伦场强[9]。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN24;O56

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