固体高次谐波辐射过程中电子超快动力学操控的理论研究
发布时间：2021-05-16 19:27
随着处在中红外波段的超短超强激光脉冲技术的发展,固体高次谐波逐渐成为国内外研究的热点。中红外激光的波长范围在2-5 μm,相较于半导体的带隙,中红外波段的激光的长波长,高强度,使得激光作用于半导体时,电离过程处于隧穿机制下。固体高次谐波的研究有着十分重要的意义:其一,因为固体高次谐波动力学时间尺度是在亚飞秒或者阿秒的量级,所以具有超短的时间分辨。固体谐波含有固体内部的超快电子动力学和晶格动力学的物理信息,进而能够发现一些新的物理超快动力学现象并揭示其规律。其二,晶体靶材料具有周期性以及天然的有序的原子排列和高原子密度,因而有望产生更高产率的XUV波段的谐波,有望成为未来的高强度的高次谐波和阿秒光源的载体。实验上发现很多晶体可作为靶材料来产生高次谐波,例如纤锌矿氧化锌（w-ZnO）,固态氩,氧化镁,石英（SiO2）,蓝宝石（Al2O3）,也有二维材料石墨烯,硒化镓,二硫化钼,等等。这些实验结果揭示了一系列与气体原子分子高次谐波不同的新现象。例如,固态氩的高次谐波谱呈现双平台结构;氧化锌晶体的高次谐波的截止频率与驱动激光场振幅呈线性依赖关系;石墨烯的高次谐波谱出现不寻常的椭偏率依赖关系等。...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)湖北省
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 超快超强激光技术进展
1.1.1 激光原理
1.1.2 超快激光
1.1.3 超强激光
1.1.4 啁啾脉冲放大技术
1.1.5 光参量振荡器
1.1.6 光参量啁啾脉冲放大技术
1.1.7 高次谐波产生及阿秒脉冲制备技术
1.2 原子分子强场物理
1.2.1 基本概念
1.2.2 强场动力学
1.2.3 高次谐波谱
1.3 固体强场物理
1.3.1 固体的强场电离
1.3.2 固体高次谐波过程的物理机制
1.3.3 固体高次谐波研究进展
第2章 理论方法
2.1 原子分子体系的高次谐波理论模型
2.1.1 经典三步模型
2.1.2 强场近似模型
2.1.3 数值求解含时薛定谔方程
2.2 固体体系高次谐波的理论模型
2.2.1 固体体系数值求解含时薛定谔方程
2.2.2 半导体布洛赫方程
2.2.3 Keldysh固体电离模型
2.2.4 密度泛函理论
第3章 固体高次谐波辐射的量子轨道的干涉和控制
3.1 Al_2O_3晶体中高次谐波辐射的量子轨道的干涉
3.1.1 固体谐波长短轨道的物理图像
3.1.2 固体谐波场强的依赖关系
3.1.3 半导体布洛赫方程
3.1.4 长短轨道相干叠加
3.1.5 退相时间的影响
3.1.6 半高全宽的影响
3.1.7 计算细节
3.1.8 结论
3.2 MgO晶体中高次谐波辐射的量子轨道的干涉和控制
3.2.1 量子轨道干涉的研究背景
3.2.2 带间跃迁的长短轨道干涉的物理图像
3.2.3 场强依赖关系和干涉引起的极小值
3.2.4 能带结构重构
3.2.5 带间跃迁的量子轨道的选择
3.2.6 双色场增强谐波产率
3.2.7 双色场合成阿秒脉冲
3.2.8 密度泛函理论计算
3.2.9 多能带对长短轨道干涉的影响:三带模型的计算结果
3.2.10 结论
第4章 应力应变对固体高次谐波的影响
4.1 研究背景
4.2 理论方法
4.3 应变对能带结构和晶胞几何构型的影响
4.4 半导体布洛赫方程采用的参数
4.5 原子轨道投影的能带
4.6 拉伸应变下w-ZnO晶体的谐波产率增强
4.7 应变对高次谐波时域辐射的影响
4.8 应变对带内跃迁和带间跃迁相对贡献的影响
4.9 结论
第5章 铌酸锂的强场电离
5.1 双色场相位对铌酸锂的强场电离的影响:自发极化效应
5.1.1 研究背景
5.1.2 实验中的激光能流估算和双色场相位影响的测量
5.1.3 计算模拟
5.1.4 数值计算参数及细节
5.1.5 结论
5.2 晶面角对铌酸锂的强场电离的影响
5.2.1 研究背景
5.2.2 实验的测量
5.2.3 烧蚀面积对晶面角的依赖关系
5.2.4 晶体学分析
5.2.5 态密度分析和成键取向角分析
5.2.6 晶面角依赖的导带布居数
5.2.7 计算细节
5.2.8 结论
第6章 总结和展望
附录A 半导体布洛赫方程的推导
A.1 在均匀电场中的布洛赫电子
A.2 密度矩阵方程
A.3 数值求解半导体布洛赫方程
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢
【参考文献】：
博士论文
[1]基于高次谐波与阈上电离的超快分子动态成像理论研究[D]. 李木子.中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所) 2019
[2]基于强场光电子谱和多维相干光谱的原子分子超快动力学研究[D]. 余少刚.中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所) 2019
[3]周期性结构中强场辐射的电子超快动力学理论研究[D]. 刘璐.国防科技大学 2018
[4]飞秒强激光场下惰性气体原子的电离动力学研究[D]. 王艳兰.中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所) 2017
[5]孤立阿秒脉冲的产生及其优化[D]. 杜洪川.兰州大学 2013
本文编号：3190265
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)湖北省
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 超快超强激光技术进展
1.1.1 激光原理
1.1.2 超快激光
1.1.3 超强激光
1.1.4 啁啾脉冲放大技术
1.1.5 光参量振荡器
1.1.6 光参量啁啾脉冲放大技术
1.1.7 高次谐波产生及阿秒脉冲制备技术
1.2 原子分子强场物理
1.2.1 基本概念
1.2.2 强场动力学
1.2.3 高次谐波谱
1.3 固体强场物理
1.3.1 固体的强场电离
1.3.2 固体高次谐波过程的物理机制
1.3.3 固体高次谐波研究进展
第2章 理论方法
2.1 原子分子体系的高次谐波理论模型
2.1.1 经典三步模型
2.1.2 强场近似模型
2.1.3 数值求解含时薛定谔方程
2.2 固体体系高次谐波的理论模型
2.2.1 固体体系数值求解含时薛定谔方程
2.2.2 半导体布洛赫方程
2.2.3 Keldysh固体电离模型
2.2.4 密度泛函理论
第3章 固体高次谐波辐射的量子轨道的干涉和控制
3.1 Al_2O_3晶体中高次谐波辐射的量子轨道的干涉
3.1.1 固体谐波长短轨道的物理图像
3.1.2 固体谐波场强的依赖关系
3.1.3 半导体布洛赫方程
3.1.4 长短轨道相干叠加
3.1.5 退相时间的影响
3.1.6 半高全宽的影响
3.1.7 计算细节
3.1.8 结论
3.2 MgO晶体中高次谐波辐射的量子轨道的干涉和控制
3.2.1 量子轨道干涉的研究背景
3.2.2 带间跃迁的长短轨道干涉的物理图像
3.2.3 场强依赖关系和干涉引起的极小值
3.2.4 能带结构重构
3.2.5 带间跃迁的量子轨道的选择
3.2.6 双色场增强谐波产率
3.2.7 双色场合成阿秒脉冲
3.2.8 密度泛函理论计算
3.2.9 多能带对长短轨道干涉的影响:三带模型的计算结果
3.2.10 结论
第4章 应力应变对固体高次谐波的影响
4.1 研究背景
4.2 理论方法
4.3 应变对能带结构和晶胞几何构型的影响
4.4 半导体布洛赫方程采用的参数
4.5 原子轨道投影的能带
4.6 拉伸应变下w-ZnO晶体的谐波产率增强
4.7 应变对高次谐波时域辐射的影响
4.8 应变对带内跃迁和带间跃迁相对贡献的影响
4.9 结论
第5章 铌酸锂的强场电离
5.1 双色场相位对铌酸锂的强场电离的影响:自发极化效应
5.1.1 研究背景
5.1.2 实验中的激光能流估算和双色场相位影响的测量
5.1.3 计算模拟
5.1.4 数值计算参数及细节
5.1.5 结论
5.2 晶面角对铌酸锂的强场电离的影响
5.2.1 研究背景
5.2.2 实验的测量
5.2.3 烧蚀面积对晶面角的依赖关系
5.2.4 晶体学分析
5.2.5 态密度分析和成键取向角分析
5.2.6 晶面角依赖的导带布居数
5.2.7 计算细节
5.2.8 结论
第6章 总结和展望
附录A 半导体布洛赫方程的推导
A.1 在均匀电场中的布洛赫电子
A.2 密度矩阵方程
A.3 数值求解半导体布洛赫方程
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢
【参考文献】：
博士论文
[1]基于高次谐波与阈上电离的超快分子动态成像理论研究[D]. 李木子.中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所) 2019
[2]基于强场光电子谱和多维相干光谱的原子分子超快动力学研究[D]. 余少刚.中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所) 2019
[3]周期性结构中强场辐射的电子超快动力学理论研究[D]. 刘璐.国防科技大学 2018
[4]飞秒强激光场下惰性气体原子的电离动力学研究[D]. 王艳兰.中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所) 2017
[5]孤立阿秒脉冲的产生及其优化[D]. 杜洪川.兰州大学 2013
本文编号：3190265
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3190265.html
