弹簧光驱动产生的高次谐波

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对超短超强激光的研究和控制提高了人类对微观方面的理解,以及对物质世界的改造能力。随着超短超强激光技术的迅速发展,激光的聚焦强度大幅度增加,目前实验室中能产生的激光强度高达1022W/cm~2,大大超出了原子的内部场强。激光与等离子体相互作用时有质动力作用凸显,且需要考虑相对论效应,这使得超强激光与等离子体作用产生丰富的非线性物理现象,如激光频移、高次谐波的产生(High-order harmonic generation,HHG)、等离子体通道与相对论孤子、背向散射等。其中HHG是强场物理领域一个非常重要的研究方向,高次谐波具有波长范围广、波长可调节、脉冲持续时间短的特性而具有广泛应用。自从Allen等人提出具有exp(ilψ)相位的涡旋光束会携带轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)以来,人们对于涡旋激光脉冲的研究兴趣只增不减。特别是具有相对论强度的涡旋光与等离子体相互作用快速成为研究热点。Laguerre-Gaussian(LG)光,是涡旋激光的一种,当它与等离子体相互作用时,会在极端紫外区域产生携带OAM的强高阶涡旋光,这成为了研究纠缠态以及研究冷原子和增强原子跃迁提供光学信息等方面的有利工具。“弹簧光”(light springs,LS)是由多束LG光合成得到一种特殊光场,因其不仅携带OAM还具有独特的螺旋形强度分布,受到人们的广泛关注。LS光提供了一种新的自由度来表征光与物质的相互作用,特别是在相对论体系中。基于固体靶表面产生的相对论性谐波,我们研究了用LS光束撞击等离子体目标靶以产生高次谐波。模拟分析表明,反射光束中高次谐波的空间强度和相位分布具有螺旋结构。此外,还研究了此非线性过程中的OAM守恒问题。针对高次谐波,通过滤波范围取值的不同,计算OAM,可以发现一个较为明显的线性变化趋势,且能较好地满足OAM守恒。同时,还研究了驱动脉冲形状、拓扑荷数间隔Δ7)等参数对HHG的影响。本文研究结果为产生具有螺旋结构强度分布的阿秒LS脉冲提供了一种可能,并且为产生强极端紫外LS开辟了新的途径。
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