相干极紫外光源超快偏振调制研究

Polarization is a basic property of light. The circular or highly elliptical XUV and soft X-ray pulses are powerful tools to investigate the magnetism, chirality and ultrafast processes, and have been the hot topics. So far, it is still challenging to achieve the XUV and soft X-ray pulses with ultrafast polarization modulation. High harmonic generation from the interaction of the electronic current-carrying states and strong laser field will be a promising way. In this proposal, we plan to investigate the influence of the current-carrying state evolution in different driving laser fields on angular momentum, orbital structure, orientation of molecular axis, molecular symmetry, and reveal the mechanism of the electronic current-carrying state evolution. We will explore the methods to ultrafast modulate the polarization of the high harmonics from the current-carrying states. Based on these studies, we will develop a new scheme to generate the XUV and soft X-ray pulses with ultrafast polarization modulation. This study is conductive to better understand the ultrafast dynamics of the current-carrying state and provide new detection techniques for studying the ultrafast processes.

偏振是光的一个基本性质，圆偏、大椭偏极紫外及软X射线光源是研究物质的磁性、手性及相关超快动力学过程的有力探测工具，成为当前超快光学领域新兴起的热点研究课题。到目前为止，如何在宽的频谱范围内产生具有超快偏振调制的极紫外及软X射线光源仍是一个亟待解决的问题。强场作用下的原子分子环流态辐射高次谐波将有望解决这一问题。在本项目中，申请人拟研究不同驱动激光场作用下，电子轨道角动量、轨道结构、分子轴取向、分子结构对称性等对环流态动态演化特性的影响，揭示环流态动力学机制，探究环流态高次谐波超快偏振调制规律和方法。在此基础上，发展基于原子分子环流态的动态演化过程产生超快偏振调制的极紫外及软X射线光源新方案。该项目的研究有助于人们加深对强场作用下环流态动力学过程的理解，并且为研究物质的超快动力学过程提供新的探测工具。

我们提出了基于原子环流态和线偏振激光作用下辐射的高次谐波产生椭偏孤立阿秒脉冲的方案，并且详细分析了在单原子层面能够辐射非零椭偏率的物理机制。同时我们也分析了不同的激光载波包络相位对谐波椭偏率的影响。我们发现，对于少光周期的驱动激光场，谐波椭偏率基本不受载波包络的影响，而且椭偏率数值较大，这样极大地放宽实验条件。而少光周期脉冲的载波包络相位会影响产生的阿秒脉冲的时域形状，因此我们的方案能够达到分开调控脉冲椭偏率以及脉冲时域形状的效果并且不会损失椭偏率的大小。我们提出的方案还可以将研究对象拓展到复杂的分子环流态，研究分子环流态高次谐波谱的特性。此外，我们还研究了双色圆偏光作用下CO分子谐波谱特性，我们发现通过调节两个圆偏成分的强度比，分子高次谐波的效率能够被有效地增强，而且增强的高次谐波是椭圆偏振的。通过计算分子的经典轨迹，直观地解释了该增强效应。我们的计算将和分子环流态的谐波进行对比，进一步分析双色圆偏光作用下的分子环流态谐波谱特性。