正交双色场下氮分子离子相干辐射的超快调控

Researches in coherent emissions of atoms and molecules induced by ultraintense femtosecond laser pulses in air are great significant in rationalizing the nonlinear light-matter interaction and thrusting the applications of the laser sensing. Recently, the lasing action of the nitrogen molecule ions has attracted extensive attention. Coupling of the electronic ground state with the first excited state has been regarded as a key role in establishing the gain of the nitrogen molecule ions. However, the dependence of the gain on population inversion are not yet clarified. This is because the ionization and coupling are achieved within the same laser pulse which the pulse durations are on the femtosecond timescale. In the project, we proposed a novel excitation scheme of the orthogonally polarized two-color driven fields to induce the gain of the nitrogen molecular ions. One laser beam is used to ionize nitrogen molecules, but no gain exists; the other is used to produce the coupling of the ground state with the first excited state. This excitation scheme leads to the separation of the coupling from the ionization and real-time monitoring the gain can be achieved. Moreover, the temporal dynamics of coherent emissions are discussed. Our project should provide new sights in understanding the establishment of the gain of the nitrogen molecular ion induced by ultrafast intense laser pulses.

强飞秒激光诱导原子分子体系产生相干辐射的研究对于加深人们对激光与物质非线性作用的理解和推进激光传感技术应用等，具有重要的意义。近年来，以氮分子离子为增益介质的空气激光研究引起了广泛的关注。在氮分子离子增益建立过程中，基态与第一激发态的耦合效应被认为起着关键性作用。然而，氮分子离子增益产生与粒子数分布之间关系尚不明确，这主要是由于电离和耦合发生在同一泵浦激光脉冲内，时间尺度为飞秒量级，人们无法对其进行直接观测。为了解决上述问题，申请人提出利用正交双色激光场诱导氮分子离子产生增益。利用光频拓展技术产生新频段激光光源电离氮分子，产生无增益氮分子离子系统；引入耦合光在基态与第一激发态间产生耦合，将电离和耦合两物理过程相分离。通过改变耦合光参数，调控粒子数分布，实时观测氮分子离子增益的建立过程，分析相干辐射的时域特性，为探究氮分子离子增益建立的物理本质提供新思路。

强飞秒激光诱导原子分子体系产生相干辐射的研究对于加深人们对激光与物质非线性作用的理解和推进激光传感技术应用等，具有重要的意义。近年来，以氮分子离子为增益介质的空气激光研究引起了广泛的关注。氮分子离子光增益的建立主要是通过强场电离和光耦合过程完成的，但由于增益的建立产生的时间尺度为飞秒量级，导致人们无法对其进行直接观测。本项目提出利用正交双束强激光诱导氮分子离子产生增益，实现对在氮分子离子增益建立过程中电离和耦合的两个关键物理过程的分离，实时观测氮分子离子增益建立过程；通过调控强场电离和光耦合过程分析粒子数分布对光增益的影响，探索超快强场激光诱导氮分子离子产生增益的物理本质。.围绕上述任务目标，本项目自2020年1月立项实施以来，项目已按计划顺利开展了超快强场激光诱导氮分子离子光增益产生与调控的关键技术研究，在氮分子离子光增益建立的实时观测、粒子数分布超快调控以及发射物理机制的探索等方面取得了一系列重要研究成果，完成了项目研究计划和预期目标，目前已在重要SCI学术刊物Optics Letters、Optics Express、Physical Review A等上发表了10篇学术论文，本领域重要学术会议上学术报告3次。 .项目组十分注重人才培养和合作交流工作，培养吉林大学“唐敖庆学者青年学者”和 “金种子”人才计划获得者各1人，博/硕士研究生4名；项目组主要成员与东京大学、上海光机所等紧密合作，开展了卓有成效的国际国内合作与学术交流，发表合作论文5篇。