多通道高次谐波产生及其传输效应的研究

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高次谐波是强激光与原子分子相互作用领域中发展十分迅速的重要研究方向。强场超快激光与原子分子相互作用后,会辐射出新的高能光脉冲,辐射出的频率(在五阶谐波以上)是入射激光频率的整数倍,这种高能辐射波被称为高次谐波。高次谐波产生过程可以实现阿秒超短脉冲的产生,可以提供相干的XUV和X射线源,并且为研究原子分子内部结构提供了一种有效的方法。正是高次谐波的这些优势,因此高次谐波的研究是基本又关键的。由于叠加态在描述物质与电磁场相互作用的许多方面具有很重要的应用,并且提高了高次谐波的转换效率和揭示了高次谐波中诸多物理问题,所以叠加态是物理上很重要的模型。因此本文将呈现叠加态在高次谐波中的应用,并揭示其潜在的物理机制。本文采用的强场近似方法具有计算速度快、物理图像清晰等优点,通过求解含时薛定谔方程(Time-dependent Schr(o)dinger equation,TDSE)分别计算了单态和叠加态下的偶极矩,并基于偶极矩求解麦克斯韦波动方程(Maxwell waveequation,MWE),分析传输效应对高次谐波的影响。所得结果为解释实验上观察不到超拉曼光谱提供了依据。本论文具体研究的主要内容如下:  第一部分数值模拟了初态为不同叠加态时的单原子响应,分析比较了这两种情况下辐射的高次谐波波谱以及各通道对高次谐波贡献情况,并计算了叠加态下各态下布居情况。结果表明当初始态为基态和激发态叠加的二能级系统时,高次谐波波谱出现了一个强度很强的共振峰,对于1 s2p叠加态这主要是由于激发态与基态之间的跃迁所导致的;而对于1 s2s叠加态,基态与激发态之间是禁戒的,由各分量的谱图知是电子由1s跃迁到连续态再返回到2s所贡献。在单原子响应时,更加显著的特征是由于束缚态间强耦合效应各跃迁通道被明显地呈现。  第二部分计算了传输效应对高次谐波的影响,发现当考虑传输效应后,高次谐波与不考虑传输效应时有明显的不同:不考虑传输效应时高次谐波有噪音,考虑传输效应后变得比较光滑。最显著的变化特征是不考虑传输效应时能出现的多个高次谐波通道,在考虑传输效应后部分通道消失了。观察分析传播前与传播后的结果可以得到某些谐波通道之所以被抑制主要是由于以下三个原因:(1)相位发生了移动;(2)相对强度的不同使得强度较弱的通道被抑制;(3)激发态的电子耗散快,而基态电子非常稳定几乎没有被电离。实验上一直在寻找无法观察到超拉曼光谱的原因,本论文在考虑传输效应所得理论结果给实验上观察到的这些现象提供了一个合理的解释。
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