千赫兹飞秒激光驱动17-40nm高次谐波辐射研究

摘要

随着飞秒激光技术的发展，激光强度大幅度提高，使激光与物质相互作用进入强场领域。超强超短激光脉冲与物质相互作用产生X射线激光主要有两种机制：一种是利用光场感应电离产生的等离子体为增益介质，实现X射线激光；另一种采用线偏振超短脉冲强激光与原子、分子相互作用产生的高次谐波来获得相干性极好的XUV和软X射线源。本文从理论和实验两个方面对高次谐波辐射进行研究。
　　介绍了高次谐波基本理论，从半经典和量子理论出发，阐述高次谐波的产生过程。推导高次谐波的截止波长，并得出相位匹配因子以及第q谐波场强度Iq与入射激光场强度I之间的关系。
　　实验上利用飞秒激光在静态气体盒中获得惰性气体He、Ar以及N2的17-40nm高次谐波辐射，并讨论激光能量、气体密度以及激光偏振对高次谐波的影响。随着入射激光能量增加，高次谐波相对强度逐渐增强，当激光强度超过饱和光强，高次谐波强度反而下降。这是因为激光强度过大会产生大量的自由电子，造成基频光与谐波之间的相位失配。另外，气体密度的增大，在一定程度上会增加高次谐波强度。但是当气压过大，电离产生的大量自由电子会引起相位失配，造成高次谐波转换效率降低。因此，存在一个最佳激光强度和气压值，使得高次谐波转换效率最高。此外，通过改变λ/4波片角度获得不同偏振下的高次谐波辐射。实验发现，椭圆偏振和圆偏振激光对高次谐波有明显的抑制作用，当激光为圆偏振时没有观测到高次谐波信号。
　　通过研究飞秒激光与物质相互作用产生的高次谐波的特性，可以进一步完善强场电离理论，为实现软X射线波段激光提供理论及实验支持。

目录

千赫兹飞秒激光驱动17-40nm高次谐波辐射研究

17-40nm High-Order Harmonic Generation Driven by kHz Femtosecond Laser Pulses

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要内容

第2章 高次谐波理论

2.1 引言

2.2 高次谐波基本理论

2.3 高次谐波截止波长

2.4 高次谐波在介质中传播

2.5 本章小结

第3章 高次谐波实验系统

3.1 引言

3.2 实验整体结构

3.3 飞秒激光系统

3.4 真空靶室

3.5 软X射线平场光栅谱仪

3.6 本章小结

第4章 高次谐波辐射的实验研究

4.1 引言

4.2 软X射线平场光栅谱仪的标定

4.3 飞秒激光在惰性气体He、Ar和N2中的高次谐波

4.4 充气气压对高次谐波的影响

4.5 激光能量对高次谐波的影响

4.6 激光偏振对高次谐波的影响

4.7 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢