飞秒光丝相互作用的动力学研究和原子、分子体系的量子相位操控

发布时间：2017-10-23 14:45

  本文关键词：飞秒光丝相互作用的动力学研究和原子、分子体系的量子相位操控

  更多相关文章： 超短脉冲 多光丝作用 等离子体光栅 泵浦-探测测量 量子相位操控

【摘要】：由于克尔自聚焦效应和等离子体散焦效应之间的动力学平衡,超短强激光脉冲在传输过程中可形成光丝。最近,研究发现两非共线的光丝相互作用可产生等离子体光栅,并这一发现迅速地成为了飞秒光丝研究的热点。本文的第一部分以飞秒激光成丝为课题,主要研究以下内容：首先,研究了超连续谱的锥角辐射以及超短强激光脉冲在BK7玻璃和熔融石英中的成丝效应,并进行了理论模拟计算。实验发现锥角辐射的强度由入射激光的功率密度和样品的厚度来决定。重点研究了锥角辐射的角分布,发现紫外波段锥角辐射的角分布不符合切伦科夫辐射理论,我们提出了改进的X-Waves模型。其次,以空气为介质研究了等离子体光栅与探测光丝相互作用过程中等离子体荧光辐射和三次谐波的产生。通过研究等离子体荧光辐射的连续谱和线状谱的产生机制来探究多丝间作用的动力学过程。同时,实验发现通过与等离子体光栅作用,探测光丝的三次谐波可以被有效的增强和展宽,并且三次谐波的强度依赖于探测光和等离子体光栅间的夹角、延迟时间、相对偏振等。再次,研究了等离子体光栅与探测光丝作用过程中的超连续谱辐射、能量交换以及探测光丝的时空分裂。实验测量了超连续光谱的产生和探针脉冲的核心能量随延迟时间的变化,并记录了光丝的远场图样。实验发现探测光丝和等离子体光栅间存在能量交换,探测光丝能量的最大转换效率最高可达到42%。能量转换率和方向随着延迟时间的变化而变化。应用非线性吸收的时域模型解释了能量交换过程,并计算得出了非线性折射系数。等离子体光栅能够导致探测脉冲在时空上的分裂,分裂间距处于102μm量级。分裂间距取决于探测光丝和等离子体光栅的交叉角度。并结合理论计算,对探测光丝的时空分裂给出了合理的解释。光与物质的相互作用可以由系统的偶极子响应来描述,它与系统极化率成正比。最近,基于泵浦-探测技术,反转泵浦和探测脉冲到达靶物质的顺序,观察相关的量子动力学过程成为了光与物质相互作用研究的最新热点。探测脉冲作为激发脉冲触发一个量子体系,泵浦脉冲随后与该体系作用,其偶极子的振荡相位会受到调制作用而导致吸收谱线型的的改变,该效应被称为量子相位操控机制。基于这一概念,本文的第二部分工作系统地研究原子、分子系统的光偶极子响应：首先,基于周期性的相位调控机制,提出了一种产生任意波段的频率梳的新方法。频率梳主要由原子系统的性质和相位操控的参数所决定,并给出了表征频率梳的理论分析公式。基于现有的实验技术和光源,从理论上给出了一种在soft-x-ray波段产生频率梳的实验方案。随后,相位控制理论被推广到了更为复杂的大分子体系(IR144甲醇溶液)。同时,发展了一种模拟大分子瞬态吸收谱的理论模型,能和实验结果很好地符合。证明了相位操控理论具有广泛的适用性。其次,在一个V-型三能级系统中进行泵浦-探测测量,研究了系统的时间演化。时间延迟的两超短脉冲激发和耦合系统的两个共振过程,研究波包的量子动力学过程与探测脉冲的瞬态吸收谱的关联性。通过分析系统的量子演化,从瞬态吸收谱的变化中提取原子系统的相位信息。对原子的相位和瞬态吸收谱的内在联系的理解对光与物质相互作用中复杂的原子和分子体系的相位的重建意义重大。利用脉冲整形装置改变泵浦脉冲的形状,并研究相对应的探测脉冲的瞬态吸收谱。同时,也应用双泵浦进行探测脉冲的吸收谱测量,研究其对体系的跃迁过程的操控。
【关键词】：超短脉冲 多光丝作用 等离子体光栅 泵浦-探测测量 量子相位操控
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O437
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 引言11-25
• 1.1 飞秒激光成丝11-17
• 1.1.1 飞秒激光成丝现象简介11
• 1.1.2 飞秒激光成丝现象的物理机制11-14
• 1.1.3 光丝中存在的若干非线性效应14-17
• 1.2 多丝的形成及光丝间相互作用17-19
• 1.2.1 多丝的形成17
• 1.2.2 多光丝间的相互作用17-19
• 1.3 原子体系泵浦-探测测量19-22
• 1.3.1 线型吸收理论20-21
• 1.3.2 波包动力学21-22
• 1.4 本文的研究方向及意义22-25
• 第二章 实验设备和装置25-42
• 2.1 飞秒激光系统25-27
• 2.1.1 Quantronix飞秒激光系统25-27
• 2.1.2 Femtolaser飞秒激光系统27
• 2.2 光谱仪27-29
• 2.2.1 Ocean Optics便携式光谱仪28
• 2.2.2 McPherson高分辨光栅光谱仪28-29
• 2.3 脉冲整形29-37
• 2.3.1 脉冲整形装置29-33
• 2.3.2 整形脉冲33-34
• 2.3.3 脉冲的表征34-37
• 2.4 实验装置37-42
• 2.4.1 锥角辐射角分布的测量装置37-38
• 2.4.2 等离子体光栅产生及应用装置38-39
• 2.4.3 吸收谱测量装置39-42
• 第三章 高能飞秒脉冲诱导紫外锥角辐射42-52
• 3.1 角分布测量方法42-43
• 3.2 传播模型43-44
• 3.3 结果与讨论44-50
• 3.3.1 截止波长与激光功率密度44-46
• 3.3.2 截止波长与样品厚度46-48
• 3.3.3 锥角辐射的角分布48-50
• 3.4 小结50-52
• 第四章 三次谐波产生和等离子体荧光光谱52-68
• 4.1 实验测量52-53
• 4.2 等离子体荧光辐射53-59
• 4.3 多光丝作用的三次谐波的产生59-66
• 4.3.1 三次谐波增强59-63
• 4.3.2 三次谐波强度与相对位置63-65
• 4.3.3 三次谐波光谱的展宽65-66
• 4.4 小结66-68
• 第五章 超连续辐射及光丝间的能量传递68-88
• 5.1 多光丝作用的超连续谱辐射68-74
• 5.1.1 测量方法68-69
• 5.1.2 超连续谱及其核心能量69-74
• 5.2 多光丝间的能量交换74-80
• 5.2.1 测量方案75
• 5.2.2 结果与讨论75-80
• 5.3 等离子体光栅诱导脉冲的时空分裂80-87
• 5.3.1 研究方案80-81
• 5.3.2 脉冲的时空分裂81-87
• 5.4 小结87-88
• 第六章 原子分子体系的量子相位操控88-107
• 6.1 相位操控理论88-90
• 6.2 量子相位操控产生频率梳90-97
• 6.2.1 周期性相位操控及其光谱响应91-93
• 6.2.2 相位控制的波动和上升时间93-95
• 6.2.3 实验方案95-97
• 6.3 大分子体系的量子相位控制97-104
• 6.3.1 液相靶：染料分子IR14497-98
• 6.3.2 吸收谱的理论模型98-103
• 6.3.3 测量、模拟结果103-104
• 6.4 小结104-107
• 第七章 多能级体系的量子相位操控107-126
• 7.1 实验样品108-109
• 7.2 强场下的波包重建109-118
• 7.2.1 理论模型109-111
• 7.2.2 理论计算结果111-113
• 7.2.3 实验测量113-116
• 7.2.4 激光诱导相位模型116-118
• 7.3 双泵浦的量子操控118-122
• 7.3.1 测量方法119
• 7.3.2 双泵浦的量子操控119-122
• 7.4 脉冲形状对吸收谱的调制122-125
• 7.5 小结125-126
• 第八章 结论126-130
• 8.1 主要结论126-128
• 8.2 研究工作的展望128-130
• 参考文献130-147
• 在学期间的研究成果147-149
• 致谢149-151

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 吴洪;杨铁军;王燕玲;丁良恩;;氮气中非共线双光丝诱导的轴向三次谐波调制的实验研究[J];光学学报;2010年01期

2 ;[J];;年期

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 叶光;江南大学成功研制出“夜光丝”[N];中国有色金属报;2002年

2 ;我国制成自发光夜光丝[N];科技日报;2003年

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 刘作业;飞秒光丝相互作用的动力学研究和原子、分子体系的量子相位操控[D];兰州大学;2015年

2 杨旋;超短强激光脉冲成丝间的相互作用对光丝传播过程及其非线性效应影响的研究[D];华东师范大学;2010年

3 高慧;超快激光光丝阵列产生机理研究[D];南开大学;2013年

4 刘佳;飞秒激光成丝相互作用及诊断方法[D];华东师范大学;2013年

5 陆培芬;分子排列控制超短脉冲非线性效应研究[D];华东师范大学;2014年

6 石理平;深紫外飞秒激光成丝物理及其在超快光谱学中的应用[D];华东师范大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 徐燃霞;蓄能型夜光丝染色性能的研究[D];江南大学;2006年

2 童玉琪;基于分子排列的飞秒光丝及太赫兹产生控制研究[D];华东师范大学;2011年

3 张一三;紫外飞秒激光相干光场空间调制对光丝效应影响的实验研究[D];华东师范大学;2011年

4 丁良恩;基于光斑分割的光场空间调制及其强场诱导光丝光谱效应[D];华东师范大学;2009年

，

本文编号：1083940