基于阿秒极短脉冲的超快吸收光谱研究

摘要

本文围绕阿秒脉冲的产生、测量和应用展开研究。首先，分析了高次谐波产生的三步模型理论，并以此为基础，研究了高次谐波的转化效率与激光椭偏率的关系。结论证明随着激光椭偏率的增大高次谐波的转化效率会迅速降低，当椭偏率为0.1时，高次谐波的转化效率会降低50％以上。因此，人们提出了通过控制激光的椭偏率从高次谐波中选出单个阿秒脉冲的各种选通门技术。本文对偏振选通门、双光学选通门和广义双光学选通门进行了详细分析，相比于偏振选通门，双光学选通门对激光的脉宽要求没有那么严格，脉宽10fs左右的近红外飞秒脉冲即可用于实验，这个要求也与大部分商用飞秒激光器的输出脉宽相匹配；相比于广义双光学选通门，双光学选通门的实验装置简单，仅由两个波片和一块BBO晶体组成而且光路调试也比较简单。根据实验室条件，我们选择了双光学选通门。其次，研究了用于测量阿秒脉冲的阿秒条纹相机技术，该技术通过阿秒脉冲电离的光电子在飞秒脉冲作用下的动量谱(FROG CRAB)来测量阿秒脉冲。光电子动量谱的采集装置为“磁瓶”式TOF，与普通的TOF相比，“磁瓶”式TOF对光电子的采集角度更大能量分辨率更高。常用的FROG CRAB的迭代算法有PCGPA算法和LSGPA算法，PCGPA算法在飞秒脉冲的测量中应用较多，但应用到阿秒领域时会有许多缺点(如需要对光电子的动量谱进行插值，门脉冲要具有周期性边界条件)，而LSGPA算法没有这些限制。本文对这两种方法做了较为详细的分析。本文取得的成果主要有以下几点：
　　1、在测量阿秒脉冲的过程中需要对飞秒脉冲和阿秒脉冲之间的时间延迟进行精确控制，为此我们建立了实验装置，基于LabVIEW语言，设计了循环反馈控制系统，实现了时间延迟的精确控制，控制误差可以稳定在20as左右。
　　2、设计了阿秒条纹相机对阿秒脉冲进行测量的实验方案，编制了阿秒光电子动量谱仿真软件，其仿真结果为阿秒脉冲产生系统参数的设定与优化提供了重要的参考依据。
　　3、基于基矢展开法和密度矩阵法，对三能级原子系统在飞秒脉冲和阿秒脉冲作用下的原子极化率进行了理论计算，解释了阿秒超快吸收光谱中AT分裂和亚周期特征出现的原因。

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第一章 绪论

1.1国内外研究现状

1.2阿秒超快吸收光谱的研究意义

1.3阿秒脉冲的数学描述

1.4本文的主要工作

第二章 单个阿秒脉冲的产生与测量

2.1原子在强场中的电离

2.2高次谐波

2.3光学门选单

2.4阿秒脉冲的测量

2.5本章小结

第三章 阿秒超快吸收光谱的实验装置

3.1高次谐波的产生装置

3.2延迟系统

3.3极紫外光谱仪

3.4本章小结

第四章 阿秒超快吸收光谱的计算

4.1原子单位

4.2阿秒瞬态吸收光谱的计算理论

4.3基矢展开法求解波函数

4.4三能级系统的瞬态吸收谱

4.5本章小结

第五章 结束语

参考文献

致谢

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