双色场下高次谐波截止位置的研究

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当原子分子中的束缚电子在高强度的近红外激光辐照下时,它们会以驱动激光频率的整数倍频率向外发射高频辐射,发射的光脉冲可以到达电磁波谱的极紫外和软X射线区域。由于发射的频率很高并且限制在驱动场频率的整数倍,这个过程被称为高次谐波的产生。在给定单色线性极化驱动场的情况下,P.B.Corkum等人提出了该过程公认的半经典模型,又被称为“三步模型”,它将高次谐波的发射分为三个主要过程:电离、加速和复合,并给出了相应的截止位置的公式。但对于复杂的双色场下高次谐波的截止位置,人们一直没有给出比较好的判断截止频率的方法。为此,本论文通过数值求解含时薛定谔方程结合经典轨迹分析,研究了氩原子在双色场下的高次谐波的发射过程,并着重分析了在双色平行线偏振和双色正交线偏振场下的谐波的截止规律,具体包括以下两方面工作:(一)研究在双色平行线偏振激光脉冲作用下的高次谐波的截止位置的规律。首先通过数值求解含时薛定谔方程计算了氩原子在双色线偏振激光脉冲作用下的高次谐波发射,并通过其谐波谱找到相应的截止位置,之后计算经典的三步模型下的谐波最大动能,发现两者是相一致的。之后我们通过计算效率更高的经典轨迹方法,系统研究了原子在不同场强比和不同相位差的双色场驱动下,电离电子最大重碰动能与双色场参数的关系,进而总结产生的高次谐波的最大截止频率的规律。我们发现,平行线偏振双色场下,原子的高次谐波截止位置也可以用一个简单修正的有质动力能Up的简单规则给出,即Ecutoff(28)3.0Up(10)Ip,其中双色平行线偏振场下修正的有质动力能(?),Ip为原子电离能。此公式预测的谐波截止位置与量子计算的谐波谱的准确截止位置的相对误差不超过10%。(二)研究了在正交双色线偏振激光脉冲作用下的原子高次谐波的截止位置的规律。首先通过数值求解含时薛定谔方程模拟了氩原子在正交双色线偏振激光脉冲作用下的高次谐波发射,并通过谐波谱找到其截止位置。理论计算结果表明,在双色场总光强一定的情况下,产生的高次谐波的截止频率受两个驱动场的场强幅值比和相对相位差调控。在相对相位差一定的情况下,低频驱动场的幅值越高则谐波截止能量越大;在幅值比一定的情况下,截止能量随相对相位差小幅度周期性变化,频率比不同对应周期不同,频率比为n:1,则周期为π/n。不过虽然谐波截止位置随双色场相对强度和相位差改变,不过仍然基本遵循Ecutoff(28).30Up(10)Ip,其中正交场下总的有质动力能。上述双色场下高次谐波截止能量的规律公式,为实验上预先判断谐波谱的频谱宽度提供了简便的估算方法,具有一定的借鉴意义。
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