自适应脉冲整形相干控制的研究

摘要

基于超快脉冲整形相干控制技术是这是国际上近年来兴起的前沿研究领域之一，它在相干控制化学反应、强激光控制电离、高次谐波和阿秒脉冲的产生及相干控制量子态转移并进而实现量子信息的处理和存储等方面具有非常重要的应用价值。本文基于自适应脉冲整形技术重点研究了双光子跃迁、二次谐波产生以及受激拉曼散射的相干控制，其主要内容包括： (1)回顾了傅立叶变换飞秒激光脉冲整形的物理基础、脉冲整形系统、脉冲整形测量技术(SHG-FROG技术和SPIDER技术)。研究了基于空间光学调制器(SLM)的脉冲整形的相干控制技术以及相关的基因遗传算法。 (2)通过方波调制光谱相位分布的深度、周期以及初始相位实现了香斗素515中双光子荧光相干控制，通过优化反馈控制的方法实现了双光子荧光的增强。SHG-FROG研究表明双光子荧光增强归于正啁啾脉冲，在此基础上给出了增强机制的简单模型，并进行了相关的实验验证。 (3)基于基因遗传算法脉冲整形优化反馈控制的方法研究了BBO晶体二次谐波产生，优化后晶体二次谐波产生增强了约16％。SPIDER结果显示了相对于略有正啁啾原始激光脉冲而言，优化后激光脉冲略有负啁啾且脉宽更短。通过周期性方波调制光谱相位，BBO晶体的二次谐波产生可以有效地被控制。这些实验结果显示了超短激光脉冲产生的二次谐波主要是通过宽带激光光谱中同频率的和频(就是所谓的倍频)以及不同频率之间的和频来产生，前者取决于激光脉冲的峰值功率，后者不仅取决于脉冲的峰值功率而且取决于光谱的相位。 (4)通过方波调制光谱相位分布的深度、周期以及初始相位在二溴甲烷溶液实现相干拉曼散射信的相干控制，通过优化反馈控制方法实现了相干反斯托克斯拉曼的增强，信号强度增强了大约7.6倍。SHG-FROG研究表明脉宽压缩和反直觉泵浦和斯托克斯脉冲序列有利于STIRAP相干布居转移，从而增强相干拉曼的效率。 (5)通过脉冲整形优化反馈控制的方法成功实现了苯溶液的相干反斯托克斯拉曼的选择激发。SHG-FROG方法用来测量原始和优化后激光脉冲，最后讨论了这种受激拉曼选择激发的物理机制。

目录

文摘

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第一章引言

第二章脉冲整形与相干控制

第三章基于空间光调制器(SLM)脉冲整形

第四章相干控制双光子跃迁

第五章相干控制二次谐波产生

第六章相干控制拉曼散射

第七章受激拉曼选择激发

第八章总结与展望

攻读博士学位期间发表的论文

致谢