基于飞秒激光脉冲的原子内电子动力学研究

发布时间：2020-07-18 06:55

【摘要】：飞秒激光脉冲的泵浦-探测技术通过调节泵浦脉冲和探测脉冲之间的时间延迟实现了飞秒量级的时间分辨测量,是研究超快过程的常用手段。传统的泵浦-探测测量中,探测激光脉冲的强度可以看作对靶物质的微扰,实现对泵浦激光触发体系动力学过程的探测。三阶微扰论已经能够很好地解释相应的物理过程。中等强度激光场是弱场和强场的过渡区域,这里激光脉冲的电场较强而系统的电离/解离仍能被忽略,微扰论已经不再适用于相应物理过程的解释。中等强度激光脉冲与原子分子相互作用的高度非线性给我们认识相关物理过程带来了极大困难。目前,对于中等强度激光场中原子、分子的动力学的研究较少。为了更好地理解中等强度激光脉冲与原子相互作用的电子动力学,我们基于三阶微扰论并在跃迁偶极矩中引入修正因子,提出了适用于原子多能级系统的解析模型。这一模型继承了微扰论直观描述物理现象的优点。铷原子基态5s ~2S_(1/2)和第一个精细结构激发态5p ~2P_(1/2,3/2)之间的跃迁强度远大于其它跃迁,组成了一个孤立性很好的V型三能级系统,常常被用来提出和检测理论模型。借助于双边费曼图,我们具体构建了适用于中等强度激光场中铷原子吸收谱的解析公式,并用来定量地提取铷原子瞬态吸收光谱中蕴含的价电子动力学信息,进而解释中等强度光场中铷原子的超快过程。实验上,本文利用飞秒激光脉冲并控制泵浦、探测脉冲的强度,在铷原子蒸汽靶中进行瞬态吸收光谱的测量。时间延迟依赖的吸收光谱与解析模型结果相符合,证明了解析模型的有效性。
【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】：TN249;O562
【图文】：

图像,量子态,激光脉冲,超短脉冲激光器

接反映其寿命信息。此外，激光脉冲可以有效地耦合不同的量子态，这就意味着通过对激光脉冲的控制实现对目标系统相位的有效操控。图1-1 理论和实验观察到的 Fano 共振图像[11]。超短脉冲激光器的诞生让之前关于量子态相位信息的构想成为现实。当激光 n mmnE Et

阿秒,飞秒激光,条纹图,周期

4图1-2 少周期飞秒激光的阿秒条纹图[13]。现如今，得益于啁啾脉冲放大技术，高功率的飞秒脉冲激光器已经商业化。对于一个典型飞秒激光器，其输出参数为脉冲宽度 30 fs，单脉冲能量 3 mJ，重复频率 1 kHz。激光束在聚焦之后，光功率密度接近一个原子单位（1 a.u. = 3.5116 1 0W/cm2），它的电场已经能明显改变原子内部的库仑场。飞秒脉冲经过进一步频谱展宽和压缩后，可以获得近似单周期（4 fs）的毫焦量级飞秒脉冲 [15]。随着高次谐波产生和阿秒物理的发展 [12,13]

过程图,飞秒脉冲,紫外脉冲,时间延迟

法诺线型间的相互变化归因于分立量子态偶极子的相位变化。这一理论在随后的许多工作中 [14 23]得到了验证。在他们之后的另一项研究中飞秒脉冲通过强场电离终止偶极子时间演化。通过调节飞秒脉冲和紫外的时间延迟，他们观察到了完整的法诺线型的建立过程，如图 1-3 所

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