【摘 要】
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原子中电子的跃迁和电子绕核运动的时间都在阿秒量级(1as=10-18s),在阿秒时间尺度上进行电子动力学的实时测量和控制是解决当前许多科学问题的关键。为此,阿秒脉冲的产生研究具有重要的研究意义。本论文利用伪谱法精确数值求解原子在激光场中的薛定谔方程,获得任意时刻波函数,进而可以得到高次谐波和阿秒脉冲。为了优化双色和三色组合激光场驱动氦原子产生单个阿秒脉冲,我们将含时薛定谔方程和非约束优化算法NEW
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（项目批准号:12074239）； 国家自然科学基金重大研究计划项目（项目批准号:91850209）； 国家自然科学面上项目（项目批准号:11674268）；
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原子中电子的跃迁和电子绕核运动的时间都在阿秒量级(1as=10-18s),在阿秒时间尺度上进行电子动力学的实时测量和控制是解决当前许多科学问题的关键。为此,阿秒脉冲的产生研究具有重要的研究意义。本论文利用伪谱法精确数值求解原子在激光场中的薛定谔方程,获得任意时刻波函数,进而可以得到高次谐波和阿秒脉冲。为了优化双色和三色组合激光场驱动氦原子产生单个阿秒脉冲,我们将含时薛定谔方程和非约束优化算法NEWUOA（NEW Unconstrained Optimization Algorithm）相结合,以产生最短单个阿秒脉冲为目标函数去优化双色和三色组合激光场。双色组合激光场初始波长为800nm和400nm,强度为3.0×1014W?cm ~2和0.8×1014W?cm~2,半高全宽均为8fs,将第二色激光场的波长和延迟时间作为优化参数进行优化,得到了25as的单个阿秒脉冲。三色组合激光场的优化分两种方案去优化:方案一选取三色激光场的波长和强度固定,分别为800nm,2400nm,1600nm,强度为3.0×1014W?cm ~2,0.8×1014W?cm~2,0.2×1014W?cm~2,半高全宽均为15fs,仅优化延迟,获得了18as左右的单个阿秒脉冲;方案二是选取三色激光场第一色波长和强度固定,参数与方案一中参数一致,优化第二色和第三色波长与延迟,获得了17as左右的单个阿秒脉冲。研究结果表明,三色激光相干合成方案可以获得更短的单个阿秒脉冲,但是三色激光相干合成需要加入中红外激光（通常波长大于2000nm）才可以极大地扩展谐波平台,同时也会导致谐波转化效率的降低。为了考虑介质传播效应对激光相干合成方案获得单个阿秒脉冲的影响,我们进一步求解了考虑介质传播效应的麦克斯韦方程,对气体靶的结构,如气体压强,气体厚度,气体位置等进行优化,获得了兼具能量转换效率高、脉冲宽度短的孤立超短阿秒脉冲最优方案。研究结果表明,宏观介质传播效应对近轴高次谐波产生的阿秒脉冲影响较小,对远轴产生的阿秒脉冲影响较大。
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