阿秒脉冲产生过程的调控技术及其应用研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nimashabi2009
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基于强脉冲激光与物质相互作用辐射高次谐波是产生阿秒脉冲光源的重要途径,其产生的极紫外阿秒脉冲具有超高的时间分辨率,由此诞生了诸如阿秒光电子谱、阿秒瞬态吸收光谱等阿秒时间分辨的电子超快动力学探测技术,带来了精密测量领域技术上的革新。其中阿秒脉冲与光电子探测相结合的阿秒光电子谱技术一方面为测量光电子电离延时、观测并控制光电子电离过程等超快动力学探测提供了重要的手段;另一方面阿秒脉冲本身相位信息亦被刻录于光电子谱中,因此利用该技术可完成对阿秒脉冲自身的测量。然而阿秒光电子谱技术本身对光电子非常依赖,实验上光电子收集装置较为复杂,并且在很多情况下光电子难以产生或收集;其次,利用阿秒光电子谱技术测量阿秒脉冲在原理上存在中心动量近似的弊病,导致频谱较宽的阿秒脉冲重构结果不准确。而阿秒瞬态吸收光谱技术则从原理上避免了对光电子谱的依赖,是一种全光的技术手段,在观测电子波包运动、原子分子能级随时间演化等方面有重要的应用前景。然而阿秒瞬态吸收光谱技术要求阿秒脉冲具有较宽的光谱范围以及较高的光子能量,在一些特定的实验下甚至需要阿秒脉冲光谱达到“水窗”波段,因此阿秒瞬态吸收光谱实验开展条件较为苛刻。基于上述阿秒时间分辨的电子超快动力学探测技术存在的问题,本文研究了一种利用弱飞秒脉冲对阿秒脉冲产生过程进行调控的技术手段;在强驱动场与物质相互作用产生阿秒脉冲的同时,我们引入一束弱飞秒脉冲对阿秒脉冲的产生过程进行微扰,弱飞秒脉冲将对阿秒脉冲光谱进行调制,最终扫描强驱动场与弱飞秒脉冲之间的延时探测阿秒脉冲二维光谱图;由于该技术最终探测结果为阿秒脉冲光谱,避免了传统阿秒光电子谱技术对光电子的依赖,因此是一种全光的技术手段。本文围绕该调控技术的原理及其在精密测量中的应用进行展开,主要研究、创新内容如下:(1)提出并从实验上验证了一种全新的全光单阿秒脉冲测量技术—全光FROG技术;发现利用弱飞秒脉冲对阿秒脉冲的产生过程进行微扰,可以有效地对阿秒脉冲光谱进行调制,利用调制的光谱可以对阿秒脉冲进行准确测量;我们发现基于全光FROG技术测量阿秒脉冲可以避免传统阿秒脉冲测量方案存在的中心动量近似问题。利用全光FROG技术,我们对实验室产生的单阿秒脉冲进行了测量,测得实验上产生的单阿秒脉冲脉宽约270阿秒;最后,我们研究了全光FROG技术在阿秒脉冲序列测量方面的应用。(2)提出了一种全新的全光阿秒时间狭缝干涉技术;少周期强飞秒脉冲与原子相互作用时,不同通道辐射的高次谐波之间相互干涉,将导致阿秒脉冲频谱出现分立的奇次谐波,一定程度上提高了阿秒脉冲频率分辨率;我们发现随后引入一束同频的弱飞秒脉冲可以有效地改变不同通道产生高次谐波的能量,从而使高次谐波频谱发生蓝移或红移;扫描两束脉冲之间的延时,可以有效地对高次谐波谱进行调控,最终我们发现利用调制的高次谐波谱一方面可以对任意偏振的飞秒脉冲进行精确测量,另一方面可以观测原子分子特殊结构信息。(3)研究了在倍频场扰动下阿秒脉冲产生过程的调控方案;发现在近红外激光场中引入一束弱的倍频场,将导致高次谐波谱中出现偶次谐波,我们从量子轨道模型出发,发现偶次谐波辐射的时间—相位曲线与原子电离能有关;利用该项技术,我们实现了阿秒脉冲固有相位—群延时色散的提取。我们扫描基频场与倍频场之间的延时发现,利用偶次谐波强度随延时振荡的曲线可以定量提取混合高次谐波量子轨道信息;利用该技术我们开展高次谐波量子轨道信息提取实验,我们发现在特定的相位匹配条件下,长、短轨道贡献的偶次谐波将在频谱上分离而呈现双峰结构,最终我们实现了对实验上产生的混合高次谐波长短量子轨道的定量测量。
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