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强激光场中低于电离阈值的谐波辐射机理

 “介观光学与飞秒光物理”基金委创新研究群体彭良友副教授和龚旗煌教授等在低于电离阈值的谐波辐射机理方面取得了重要进展,研究成果发表于近期的《物理评论快报》【Phys. Rev. Lett. 112, 233001 (2014)】,博士生熊伟浩同学为文章的第一作者。

  强飞秒激光脉冲作用下原子分子的高次谐波以及阿秒脉冲产生近二十年来一直受到了广泛关注。当谐波辐射的光子能量大于电离阈值时,不考虑原子分子库仑势影响的理论(例如强场近似理论)能够较好的描述谐波产生过程。而对于低于电离阈值的谐波辐射,库仑势将对谐波的产率具有较大的调制作用。目前还没有一个很好的解析理论来进行分析,研究群体采用精确求解含时薛定谔方程的方法详细研究了不同激光参数下谐波产率随着激光参数的变化。

图1:不同激光波长下的谐波辐射信号。从图中可以看出随着波长变化,谐波产率受到很大的调制。文章分析了产率受到调制的几种机制。

  图1展示了通过数值求解含时薛定谔方程所得到的不同激光波长下的谐波辐射信号。从图中可以看出随着波长变化,谐波产率受到显著调制,出现了一些有趣的共振峰和干涉峰结构。他们利用半经典的理论和推广后的强场近似理论对这种产率调制进行了详尽分析,能够清晰解释各个峰产生的位置和不同机理。一方面,他们证实了在低于电离阈值区域内依然存在类似于高于电离阈值时谐波的长短轨道干涉。另一方面,他们的研究表明库伦势的影响主要体现为库伦场中各个激发态作为中间态参与了谐波辐射的过程。这一影响既有可能出现在电离过程中,表现为共振增强。也有可能出现在辐射过程中,表现为对辐射光子能量的调控。他们的这一理论工作将对VUV和EUV频段的光频梳以及相干光源的实验研究提供重要指导。

  该研究工作得到国家自然科学基金委、科技部国家重大基础研究计划(973)、教育部新世纪优秀人才计划、以及北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室及量子物质科学协同创新中心的的资助。

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