不同激光场强度下MgO高次谐波的辐射机制研究

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超快超强激光的发展,使得强激光场与物质相互作用的研究成为可能,在这一基础上,科学家们发现了高次谐波的产生这一极端非线性效应。高次谐波最先在原子介质中被发现,经过几十年的研究和发展,如今原子高次谐波的产生机制已经有了非常丰富的理论基础。然而,直到2011年,研究人员才在固体中第一次探测到高次谐波的产生。随后人们对固体高次谐波的研究投入更多的关注,固体高次谐波的研究也逐渐丰富起来。固体高次谐波的产生可以用以下过程简单描述:电子在价带顶被激光场激发到导带上,随后在激光场的作用下在导带上运动并获取更多的能量,最后导带电子与价带空穴复合并辐射出高次谐波。但最近研究发现,不同激光条件下固体高次谐波产生的规律并不相同。所以从改变激光场条件这个角度出发来研究固体高次谐波,可以帮助我们深入理解固体高次谐波频谱结构,进而实现对固体高次谐波的调控,最终反向探测固体的结构信息。本论文对不同激光场强度下Mg O高次谐波的产生机制进行研究,取得的研究结果如下:第一,探究了不同强度的双色场条件下,Mg O高次谐波产生机制与双色场相对相位的关系。之前的研究发现Mg O高次谐波有两种产生机制。机制一是固体高次谐波辐射与原子高次谐波辐射机制相似,电子、空穴对的反向运动来源于电场反向。机制二是固体高次谐波辐射来源于电子、空穴对与近邻原子碰撞发生背向散射,使得电子、空穴对能够反向运动,有机会重新复合辐射出高次谐波。在本论文研究过程中我们利用双色场来探测不同激光场强度下高次谐波不同机制的辐射时间延迟与共振辐射结构。发现不同基频场强度下偶次谐波最强处所对应相对相位的变化可以探测出不同机制下电子、空穴对的复合时间时间差,进而说明双色场可以探测出Mg O高次谐波不同机制下辐射时间的延迟。另外,发现不同基频场强度下固体高次谐波的共振辐射结构呈周期性变化。第二,探究在低激光场条件下固体高次谐波的辐射机制。发现在低激光场强度下,谐波产生的机制发生了变化:低阶谐波辐射机制是多光子跃迁过程,低阶谐波辐射能量不随时间变化,即无啁啾辐射。而0.6V/?激光场强度下高阶谐波辐射机制来源于价带电子在k0≠0处(初速度不为零)跃迁的三步模型,由于初始速度的存在,电子、空穴对有机会运动到布里渊区边界,电子、空穴对复合,进而辐射出高阶的谐波。在低强度激光场条件下,发了现Mg O高次谐波辐射机制从多光子辐射机制到“三步模型”辐射机制的过渡。
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