空间非均匀啁啾场驱动氦离子产生单个超短阿秒脉冲
发布时间：2021-10-19 11:34
研究了空间非均匀啁啾场作用下氦离子的高次谐波辐射和单个阿秒脉冲的产生。计算结果表明:相比单个空间非均匀场和单个啁啾场驱动产生的谐波谱,空间非均匀啁啾场驱动产生的谐波谱的截止位置得到了极大的拓展,并且产生了带宽为1073 eV的超连续谱。此外,这种时空组合场可以实现抑制长路径而选取短路径,从而有效地贡献连续谱的产生。直接叠加连续谱上大范围的谐波,可获得脉宽为13 as的单个阿秒脉冲。通过调节啁啾参数,可实现脉宽仅为7.4 as的单个脉冲的输出。
【文章来源】：中国激光. 2020,47(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
不同激光场作用下He+的谐波谱。
图1 不同激光场作用下He+的谐波谱。为了更深地理解本文方案中谐波谱的时频特性,应用小波变换计算得到了谐波阶次与发射时间的关系,结果如图3(c)所示(1 o.c.≈2.67 fs)。作为对比,本文也分别给出了单个啁啾场和单个空间非均匀场中高次谐波的时频分布图像,如图3(a)和图3(b)所示。在单个啁啾场作用下,有三个峰贡献于谐波产生,分别标记为P1、P2和P3,其中P1和P2的强度相当,且它们的强度更强于P3,于是可忽略P3对高次谐波的贡献。另外,对于高于88阶次的谐波,每次谐波都有两个发射时间不同的电子路径与之对应,其中正的上升沿对应着短路径,负的下降沿对应着长路径,这就是所谓的长短路径。因为长短路径中的谐波具有几乎相同的强度,所以它们之间的干涉导致了谐波谱显示为强的调制结构,如图1(a)中实线所示,这不利于单个阿秒脉冲的产生。从图3(b)可知:在单个空间非均匀场作用下,仍然有三个峰贡献于高次谐波发射,分别记为P′1、P′2和P′3,其中P′1和P′3主要贡献80阶次以下的谐波,而80阶次以上的谐波仅来自P′2的贡献,这使得80阶次以上的谐波是连续的。对于P′2峰,由于短路径和长路径发射时间的差别不是很大,因此可将两个路径并合,其中短路径起主导作用。但短路径谐波的发射时间随着谐波阶次的增加而增加,使得这些谐波在相对长的时间内被激发,因此平台谐波并不完全锁相,仅仅选择合适阶次的谐波进行叠加才能够获得单个短阿秒脉冲,如图4(a)中虚线所示。在空间非均匀啁啾场作用下,仅有两个发射峰P″1和P″2对谐波产生有贡献,如图3(c)所示。由于P″2峰高能部分的强度很弱(240阶次以上),所以240阶次以上的谐波主要来自P″1峰的贡献,这也预示着高于240阶次的谐波是连续的。与单个啁啾场和单个空间非均匀场中得到的结果相比较,最高峰P″1的最大谐波级次更高于P2和P′2,而次高峰P″2的最大谐波级次略高于P1和P′1,因此,在空间非均匀啁啾场作用下,谱截止更高,连续谱更宽。此外,对于连续谐波,仅电子短路径被选取,而长路径被完全抑制,这使得连续谱呈现更光滑、更规整的谱结构,同时说明了量子路径选取已经实现。
为了更深地理解本文方案中谐波谱的时频特性,应用小波变换计算得到了谐波阶次与发射时间的关系,结果如图3(c)所示(1 o.c.≈2.67 fs)。作为对比,本文也分别给出了单个啁啾场和单个空间非均匀场中高次谐波的时频分布图像,如图3(a)和图3(b)所示。在单个啁啾场作用下,有三个峰贡献于谐波产生,分别标记为P1、P2和P3,其中P1和P2的强度相当,且它们的强度更强于P3,于是可忽略P3对高次谐波的贡献。另外,对于高于88阶次的谐波,每次谐波都有两个发射时间不同的电子路径与之对应,其中正的上升沿对应着短路径,负的下降沿对应着长路径,这就是所谓的长短路径。因为长短路径中的谐波具有几乎相同的强度,所以它们之间的干涉导致了谐波谱显示为强的调制结构,如图1(a)中实线所示,这不利于单个阿秒脉冲的产生。从图3(b)可知:在单个空间非均匀场作用下,仍然有三个峰贡献于高次谐波发射,分别记为P′1、P′2和P′3,其中P′1和P′3主要贡献80阶次以下的谐波,而80阶次以上的谐波仅来自P′2的贡献,这使得80阶次以上的谐波是连续的。对于P′2峰,由于短路径和长路径发射时间的差别不是很大,因此可将两个路径并合,其中短路径起主导作用。但短路径谐波的发射时间随着谐波阶次的增加而增加,使得这些谐波在相对长的时间内被激发,因此平台谐波并不完全锁相,仅仅选择合适阶次的谐波进行叠加才能够获得单个短阿秒脉冲,如图4(a)中虚线所示。在空间非均匀啁啾场作用下,仅有两个发射峰P″1和P″2对谐波产生有贡献,如图3(c)所示。由于P″2峰高能部分的强度很弱(240阶次以上),所以240阶次以上的谐波主要来自P″1峰的贡献,这也预示着高于240阶次的谐波是连续的。与单个啁啾场和单个空间非均匀场中得到的结果相比较,最高峰P″1的最大谐波级次更高于P2和P′2,而次高峰P″2的最大谐波级次略高于P1和P′1,因此,在空间非均匀啁啾场作用下,谱截止更高,连续谱更宽。此外,对于连续谐波,仅电子短路径被选取,而长路径被完全抑制,这使得连续谱呈现更光滑、更规整的谱结构,同时说明了量子路径选取已经实现。通过以上分析,可以得出结论:空间非均匀啁啾场驱动不仅可以有效地扩展谐波截止,而且可以产生频带很宽且只有单个量子路径起主导作用的连续谱。而量子路径选取的一个直接应用就是产生单个阿秒脉冲。为了证实本文的观点,对空间非均匀啁啾场中阿秒脉冲的产生情况进行了研究。作为对比,也给出了单个啁啾场和单个空间非均匀场中阿秒脉冲的合成情况,如图4(a)所示。对于单个啁啾场,通过叠加88～104阶次的谐波,在时域上得到了两个阿秒脉冲,其中弱的121 as脉冲来自短路径,而稍强的128 as脉冲来自长路径。对于单个空间非均匀场,选择190～240阶次的谐波进行叠加,在时域上得到了一个脉宽为64.6 as单个脉冲,如图4(a)中的虚线所示。注意:在目前的激光与物质条件下,虽然利用空间非均匀场可以获得单个脉冲,但脉冲的持续时间大于原子中电子运动的时间尺度,即24 as,因此其应用受到了限制。图4(b)～(d)是空间非均匀啁啾场中通过叠加连续谱上不同阶次谐波所得到的阿秒脉冲时域包络。选择850～1080阶次的谐波进行叠加,对应的谱宽为357 eV,在没有任何相位补偿的情况下,直接获得了一个脉宽仅为13 as的单个脉冲,非常接近理论计算得到的傅里叶极限脉宽11.6 as,如图4(b)所示。这个脉宽13 as的单个脉冲的中心波长约为0.83 nm,仅仅包含4.69个光周期。如此短的单个阿秒脉冲对于人们研究原子分子内电子动力学行为有着重要的意义。计算结果表明:通过过滤连续谱上不同阶次的谐波,可以得到一系列单个超短阿秒脉冲,且脉宽都在24 as以下,如图4(c)和4(d)所示,这使得在实验上产生脉宽超短的单个阿秒脉冲极为方便。
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用脉宽10 fs偏振控制脉冲获得孤立阿秒脉冲[J]. 宋浩,吕孝源,朱若碧,陈高. 物理学报. 2019(18)
[2]基于正交偏振场的双光学控制方案获得孤立阿秒脉冲产生[J]. 吕孝源,朱若碧,宋浩,苏宁,陈高. 物理学报. 2019(21)
[3]Intense ke V IAP generation by orthogonally polarized multicycle midinfrared two-color laser fields[J]. 李桂存,郑颖辉,曾志男,李儒新. Chinese Optics Letters. 2017(07)
[4]激光的组合场相对相位对CO分子产生阿秒脉冲的影响[J]. 刘璐,赵松峰,李鹏程,周效信. 中国激光. 2013(09)
[5]利用中红外激光产生单个阿秒脉冲的理论研究[J]. 杜小杰,周效信,李鹏程. 中国激光. 2010(05)
本文编号：3444792
【文章来源】：中国激光. 2020,47(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
不同激光场作用下He+的谐波谱。
图1 不同激光场作用下He+的谐波谱。为了更深地理解本文方案中谐波谱的时频特性,应用小波变换计算得到了谐波阶次与发射时间的关系,结果如图3(c)所示(1 o.c.≈2.67 fs)。作为对比,本文也分别给出了单个啁啾场和单个空间非均匀场中高次谐波的时频分布图像,如图3(a)和图3(b)所示。在单个啁啾场作用下,有三个峰贡献于谐波产生,分别标记为P1、P2和P3,其中P1和P2的强度相当,且它们的强度更强于P3,于是可忽略P3对高次谐波的贡献。另外,对于高于88阶次的谐波,每次谐波都有两个发射时间不同的电子路径与之对应,其中正的上升沿对应着短路径,负的下降沿对应着长路径,这就是所谓的长短路径。因为长短路径中的谐波具有几乎相同的强度,所以它们之间的干涉导致了谐波谱显示为强的调制结构,如图1(a)中实线所示,这不利于单个阿秒脉冲的产生。从图3(b)可知:在单个空间非均匀场作用下,仍然有三个峰贡献于高次谐波发射,分别记为P′1、P′2和P′3,其中P′1和P′3主要贡献80阶次以下的谐波,而80阶次以上的谐波仅来自P′2的贡献,这使得80阶次以上的谐波是连续的。对于P′2峰,由于短路径和长路径发射时间的差别不是很大,因此可将两个路径并合,其中短路径起主导作用。但短路径谐波的发射时间随着谐波阶次的增加而增加,使得这些谐波在相对长的时间内被激发,因此平台谐波并不完全锁相,仅仅选择合适阶次的谐波进行叠加才能够获得单个短阿秒脉冲,如图4(a)中虚线所示。在空间非均匀啁啾场作用下,仅有两个发射峰P″1和P″2对谐波产生有贡献,如图3(c)所示。由于P″2峰高能部分的强度很弱(240阶次以上),所以240阶次以上的谐波主要来自P″1峰的贡献,这也预示着高于240阶次的谐波是连续的。与单个啁啾场和单个空间非均匀场中得到的结果相比较,最高峰P″1的最大谐波级次更高于P2和P′2,而次高峰P″2的最大谐波级次略高于P1和P′1,因此,在空间非均匀啁啾场作用下,谱截止更高,连续谱更宽。此外,对于连续谐波,仅电子短路径被选取,而长路径被完全抑制,这使得连续谱呈现更光滑、更规整的谱结构,同时说明了量子路径选取已经实现。
为了更深地理解本文方案中谐波谱的时频特性,应用小波变换计算得到了谐波阶次与发射时间的关系,结果如图3(c)所示(1 o.c.≈2.67 fs)。作为对比,本文也分别给出了单个啁啾场和单个空间非均匀场中高次谐波的时频分布图像,如图3(a)和图3(b)所示。在单个啁啾场作用下,有三个峰贡献于谐波产生,分别标记为P1、P2和P3,其中P1和P2的强度相当,且它们的强度更强于P3,于是可忽略P3对高次谐波的贡献。另外,对于高于88阶次的谐波,每次谐波都有两个发射时间不同的电子路径与之对应,其中正的上升沿对应着短路径,负的下降沿对应着长路径,这就是所谓的长短路径。因为长短路径中的谐波具有几乎相同的强度,所以它们之间的干涉导致了谐波谱显示为强的调制结构,如图1(a)中实线所示,这不利于单个阿秒脉冲的产生。从图3(b)可知:在单个空间非均匀场作用下,仍然有三个峰贡献于高次谐波发射,分别记为P′1、P′2和P′3,其中P′1和P′3主要贡献80阶次以下的谐波,而80阶次以上的谐波仅来自P′2的贡献,这使得80阶次以上的谐波是连续的。对于P′2峰,由于短路径和长路径发射时间的差别不是很大,因此可将两个路径并合,其中短路径起主导作用。但短路径谐波的发射时间随着谐波阶次的增加而增加,使得这些谐波在相对长的时间内被激发,因此平台谐波并不完全锁相,仅仅选择合适阶次的谐波进行叠加才能够获得单个短阿秒脉冲,如图4(a)中虚线所示。在空间非均匀啁啾场作用下,仅有两个发射峰P″1和P″2对谐波产生有贡献,如图3(c)所示。由于P″2峰高能部分的强度很弱(240阶次以上),所以240阶次以上的谐波主要来自P″1峰的贡献,这也预示着高于240阶次的谐波是连续的。与单个啁啾场和单个空间非均匀场中得到的结果相比较,最高峰P″1的最大谐波级次更高于P2和P′2,而次高峰P″2的最大谐波级次略高于P1和P′1,因此,在空间非均匀啁啾场作用下,谱截止更高,连续谱更宽。此外,对于连续谐波,仅电子短路径被选取,而长路径被完全抑制,这使得连续谱呈现更光滑、更规整的谱结构,同时说明了量子路径选取已经实现。通过以上分析,可以得出结论:空间非均匀啁啾场驱动不仅可以有效地扩展谐波截止,而且可以产生频带很宽且只有单个量子路径起主导作用的连续谱。而量子路径选取的一个直接应用就是产生单个阿秒脉冲。为了证实本文的观点,对空间非均匀啁啾场中阿秒脉冲的产生情况进行了研究。作为对比,也给出了单个啁啾场和单个空间非均匀场中阿秒脉冲的合成情况,如图4(a)所示。对于单个啁啾场,通过叠加88～104阶次的谐波,在时域上得到了两个阿秒脉冲,其中弱的121 as脉冲来自短路径,而稍强的128 as脉冲来自长路径。对于单个空间非均匀场,选择190～240阶次的谐波进行叠加,在时域上得到了一个脉宽为64.6 as单个脉冲,如图4(a)中的虚线所示。注意:在目前的激光与物质条件下,虽然利用空间非均匀场可以获得单个脉冲,但脉冲的持续时间大于原子中电子运动的时间尺度,即24 as,因此其应用受到了限制。图4(b)～(d)是空间非均匀啁啾场中通过叠加连续谱上不同阶次谐波所得到的阿秒脉冲时域包络。选择850～1080阶次的谐波进行叠加,对应的谱宽为357 eV,在没有任何相位补偿的情况下,直接获得了一个脉宽仅为13 as的单个脉冲,非常接近理论计算得到的傅里叶极限脉宽11.6 as,如图4(b)所示。这个脉宽13 as的单个脉冲的中心波长约为0.83 nm,仅仅包含4.69个光周期。如此短的单个阿秒脉冲对于人们研究原子分子内电子动力学行为有着重要的意义。计算结果表明:通过过滤连续谱上不同阶次的谐波,可以得到一系列单个超短阿秒脉冲,且脉宽都在24 as以下,如图4(c)和4(d)所示,这使得在实验上产生脉宽超短的单个阿秒脉冲极为方便。
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用脉宽10 fs偏振控制脉冲获得孤立阿秒脉冲[J]. 宋浩,吕孝源,朱若碧,陈高. 物理学报. 2019(18)
[2]基于正交偏振场的双光学控制方案获得孤立阿秒脉冲产生[J]. 吕孝源,朱若碧,宋浩,苏宁,陈高. 物理学报. 2019(21)
[3]Intense ke V IAP generation by orthogonally polarized multicycle midinfrared two-color laser fields[J]. 李桂存,郑颖辉,曾志男,李儒新. Chinese Optics Letters. 2017(07)
[4]激光的组合场相对相位对CO分子产生阿秒脉冲的影响[J]. 刘璐,赵松峰,李鹏程,周效信. 中国激光. 2013(09)
[5]利用中红外激光产生单个阿秒脉冲的理论研究[J]. 杜小杰,周效信,李鹏程. 中国激光. 2010(05)
本文编号：3444792
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