【摘 要】
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随着阿秒技术的快速发展,高次谐波产生的相关研究及其应用取得了巨大的成功。高次谐波辐射具有优异的特性,例如很宽的光谱范围和超快的时间尺度等等,这使得它具有非常广阔的应用空间。人们已经成功地使用高次谐波发射来制备孤立的阿秒脉冲和X射线源,并能够利用其来探索原子和分子的微观结构。这些重要的应用鼓舞着人们不断探索和理解这一奇特物理现象的深层机制。半经典三步模型是最被广泛接受的解释谐波机制的理论模型之一。当
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随着阿秒技术的快速发展,高次谐波产生的相关研究及其应用取得了巨大的成功。高次谐波辐射具有优异的特性,例如很宽的光谱范围和超快的时间尺度等等,这使得它具有非常广阔的应用空间。人们已经成功地使用高次谐波发射来制备孤立的阿秒脉冲和X射线源,并能够利用其来探索原子和分子的微观结构。这些重要的应用鼓舞着人们不断探索和理解这一奇特物理现象的深层机制。半经典三步模型是最被广泛接受的解释谐波机制的理论模型之一。当原子处于强激光场中时,电子可以穿过库仑势垒发生电离,从而进入连续态;然后电离的电子随电场的变化而运动;在激光场的方向反转后,电子可以再次被母离子捕获,发射出高能光子。近几十年来,人们为了获得更宽的谐波频谱和更短的孤立阿秒脉冲在实验和理论方面都付出了大量的努力,并且提出了诸如太赫兹场方案,偏振门方案,相位匹配法等许多有效的方法。在本文中,我们利用强场莱温斯坦模型研究了原子和分子的高次谐波发射过程。研究内容如下:（1）研究了单色近红外激光场叠加太赫兹场与He原子作用的高次谐波发射过程。在只有单色场作用时,谐波谱呈现双平台结构。当太赫兹场加入后,谐波谱的第二平台被延展。对谐波谱第二平台的发射产生贡献的发射峰既有长轨道也有短轨道,长短轨道间的干涉不利于孤立阿秒的产生。我们通过调节基频场及太赫兹场的相位,使发射峰短轨道被选择而长轨道几乎被完全抑制,实现了量子轨道的调控,最终得到了脉宽为71as的孤立阿秒脉冲。（2）利用双原子分子莱温斯坦模型研究了N2分子在双色圆偏振激光场中的高次谐波产生。研究发现当394 nm左旋圆偏振激光或800 nm右旋圆偏振激光单独作用于N2分子时,谐波效率均从一开始就迅速下降并出现截止。当我们将这两束反向旋转的圆偏振光叠加在一起时,可以获得截止能量为363 e V的谐波发射谱。我们在双色圆偏振激光场的基础上叠加一个静电场,发现随着静电场强度的增加,不仅使谐波谱展宽,还提高了平台区的强度。通过对比初始速度不为零的半经典三步模型及谐波谱的时频分析图像发现,在静电场参数a（28）3.0时,发射峰的短轨道被选择长轨道被抑制,实现了量子轨道的调控。最后,我们选择了205 e V-283 e V的谐波谱进行阿秒合成,得到了30 as的孤立阿秒脉冲。（3）研究了正交偏振的双色激光场中N2分子的高次谐波发射（HHG）和阿秒脉冲的产生。我们发现,通过适当选择两束激光脉冲的相对相位可以实现对来自不同核的高次谐波发射的调控。当相对相位为（28）pj4.0时,来自其中一个核的HHG贡献远大于来自另一个核的贡献,这大大抑制了两个核之间的干涉效应,最终得到了一段40 e V到125 e V的超连续平台结构。我们利用初始速度不为零的半经典三步模型和时频分析很好地解释了这些现象的深层物理机制。最后,通过叠加适当阶次的谐波谱,得到了持续时间为80 as的孤立阿秒脉冲。（4）研究了不同振动模式对CO2分子高次谐波发射的相干调控。结果表明,CO2分子处于反对称伸缩振动模式下的高次谐波效率最强,弯曲振动模式次之,对称伸缩振动模式时的谐波效率最低。谐波发射的基本物理机制可以通过相应的电离产量和时频分析很好地解释。最后,我们计算了不同振动模式下的阿秒脉冲产生情况,并且在反伸缩振动情况中合成了持续时间为112 as的孤立阿秒脉冲。
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