基于多个气体靶的高次谐波的产生与控制研究

High-order harmonic generation (HHG) is an extreme nonlinear optical process occurring when atoms expose to an intense inferred laser field. HHG provides a new light source which covers the wavelength regions of the extreme ultraviolet (XUV) even soft x-ray regime. It also becomes a new method to detect the structure and inner dynamics of atoms and molecular. Presently, the application of HHG suffers from low convergence efficiency and the difficulty of selecting single or range of harmonics. In this project, we will theoretically study how high-order harmonics generated from multi-jet systems vary with the length, pressure and gas type of the gas jets. Moreover, through optimizing the parameters of combined laser fields, we try to improve the convergence efficiency and photon energy of HHG, and select single or range of high-order harmonics. We believe that our theoretical simulations will give important guidance to the generation and application of HHG in the laboratory.

气体与强激光场相互作用而产生的高次谐波为我们提供了新的极紫外到软X射线波段的光源，为探测原子和分子内部结构及其动力学过程提供了新的手段。目前，高次谐波的应用受到转换效率低和难以选择出特定频率光辐射等因素的制约。本项目将从理论上研究多个连续气体靶中产生的高次谐波随靶的厚度、压强、气体种类等因素的变化关系，并通过进一步优化组合驱动场的电场参数来获得高能、高强度的高次谐波，实现选择单个或者特定范围内高次谐波的目标。相信通过本项目的理论模拟可以对高次谐波在实验室中的产生和应用提供理论指导。

高次谐波可以为我们提供极紫外（XUV）至软X射线波段的相干辐射光源，并且可以产生孤立阿秒脉冲或者阿秒脉冲串，为我们提供了一种在阿秒尺度上观察原子和分子的超快动力学现象的方法。然而，高次谐波受到发射效率低，难以选择单阶或者一定频段范围的高次谐波等因素制约，使得其许多应用受到限制。本项目基于多个气体靶和多色激光场对高次谐波谱进行调控，通过将两个气体靶放置在激光场中的不同位置，利用两气体靶产生高次谐波之间的干涉效应和远场空间滤波，不仅可以过滤长轨道的发射，选择单个或者一定频段范围的高次谐波，而且还可以改变气体靶的压强等参数来实现高次谐波谱的整形和调制。考虑宏观传播效应，特别是谐波场吸收效应的影响，高次谐波的转换效率在平台区和截止位置区域并不是随气体气体靶的压强或者厚度的增加而单调的增加的，并且由于吸收效应的影响，在平台区和截止位置区域高次谐波的转换效率对应的最优气体靶压强和长度也不尽相同。基于遗传算法和波形合成技术，通过优化三色激光场的参数可以使高次谐波的产生效率提高1-2个数量级，并且这种激光参数优化方法，在高压强和低压强以及不同的原子体系中均可实现。通过研究共振结构的原子对XUV光脉冲的依赖关系，发现共振结构的原子对XUV光的响应较一般原子表现得更为敏感，即使XUV光的强度较弱，也能够明显提高XUV光脉冲中心频率附近的谐波强度，更重要的是通过调节双色场的时间延迟，能使输入的XUV光的脉宽得到明显的压缩，这种压缩机制可以实现对阿秒脉冲宽度的压缩。它还本项目得到的理论结果可以对实验室产生超强高次谐波和阿秒脉冲，以及高次谐波谱的调控具有积极的理论指到作用。