固体高次谐波椭圆率依赖的研究

发布时间：2020-06-03 05:04

【摘要】：激光与物质的相互作用长久以来一直是物理学中最前沿、最活跃的研究领域之一。近些年来,由于超短强激光脉冲技术的快速发展,人们开始研究强激光与凝聚态物质相互作用,并观察到了一系列新奇的超快动力学现象。固体高次谐波就是这众多现象中备受关注的一种。当前,固体高次谐波研究领域的核心问题是理解谐波的产生机制和控制谐波的产生过程,而利用驱动激光的椭圆率控制高次谐波发射是研究高次谐波产生机制最常见且有效的方法。因此,最近几年,固体高次谐波随激光椭圆率变化的关系被大量的实验工作所研究。然而,理论研究的缺乏却严重阻碍了人们对于这些实验结果的理解。基于以上动机,本文从氧化锌模型入手,理论上研究了固体高次谐波的椭圆率依赖。第一,我们利用新构建的氧化锌模型研究了其高次谐波的椭圆率依赖。在较弱的激光电场下,我们成功地再现了纤锌矿氧化锌实验中观察到的高次谐波椭圆率依赖,发现谐波的强度随着入射激光椭圆率的增加而单调减少,并且高阶谐波的衰减速率比低阶快。当增加激光场强时,高次谐波谱显示出有趣的特征:低阶谐波被强烈地抑制,而高阶谐波随着椭圆率的增加而增强,表现出类似于单晶氧化镁实验中观察到的反常椭圆率依赖。同样的,我们增加激光波长也观察到了类似的谐波椭圆率依赖转变现象。计算结果表明固体中不同类型的椭圆率依赖之间具有很强的联系。第二,我们利用时频分析和电子空穴再碰撞模型研究了高次谐波椭圆率依赖转变的机制。研究表明,引起椭圆率依赖性变化的关键机制是动态布洛赫振荡与各向异性带结构之间的耦合。首先,增加激光强度或波长会导致电子越过第一布里渊区边界,并发生动态布洛赫振荡。而动态布洛赫振荡会诱导出对激光椭圆率不太敏感的新量子路径。其次,各向异性能带结构会使得具有有限椭圆率的激光脉冲将电子-空穴对驱动到具有较大带隙的位置,从而拓展了谐波谱的截止位置。新量子路径与谐波谱截止位置拓展的结合最终导致了反常的椭圆率依赖的出现。我们的分析首次向大家揭示了动态布洛赫振荡对于氧化锌高次谐波椭圆率依赖的重要性。
【图文】：

锁模技术,脉宽,激光功率,激光技术

激光技术的发展历史自二十世纪六十年代世界第一台激光器在美国加州问世以来 [1, 2]，激光技术就一直朝着强度更强、脉宽更窄的方向发展。图1-1描述了不同时期激光功率和脉宽的变化。我们可以看到每一次的技术突破，都使得激光功率大幅增强，脉宽不断压缩。图 1-1: 激光器的发展历史。(a)：激光功率增强的历史，引自文献 [3]；(b)：激光脉宽压缩的历史，引自文献 [4]。首先是六十年代初，调 Q 技术（Q-switching）的发展使得人们实现了峰值功率为兆瓦（ W）、脉宽为纳秒（ s）[5] 的激光脉冲输出。紧接着，1966 年锁模技术（Mode locking）的出现进一步将激光的强度提升到了吉瓦（ W），脉宽压缩到皮秒（ s）[6 8]。进入七十年代后，锁模技术不断发展并成熟，使得激光强度也进一步的提升

高次谐波谱,高次谐波谱,阶次,高次谐波

以及高阶的截止区。引自文献 [26]。此后，高次谐波的研究就一直备受关注，并且人们发现高次谐波谱具有以下特征，如图1-2所示：（1）在微扰区中，高次谐波的强度随着阶次的增加迅速降低，这个现象可以通过微扰理论理解；（2）进入平台区后，谐波强度几乎不随阶次的增加而发生明显变化；（3）高次谐波谱存在一个明显的截止频率，截止频率以后的谐波强度也会随着阶次的增加迅速降低。由于平台区和截止区高次谐波的出现已经无法用微扰理论解释，因此人们对于高次谐波谱截止频率的存在一直无法理解。直到 1993 年，，Corkum 等人提出了“半经典三步模型”[27]，如图1-3所2
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O469;TN24

【相似文献】