晶体高次谐波辐射效率与激光椭偏率的相关性研究

High harmonic generation in crystal is an important interdisciplinary area of ultrafast laser physics and material science. It not only extends the frontier of strong field physics, but also brings new opportunities for the development of material science. The ellipticity dependence of high-order harmonics in crystal is an important research subject in this field. At present, there is not clear understanding of the ellipticity dependence of high-order harmonics in crystal because of the variety of crystals and the complexity of the structure. This project plans to develop the multi-band semiconductor Bloch equation in order to investigate the importance of the multi-electron effect in high harmonic generation of crystal and test the correctness of the conclusions obtained by the time-dependent Schrodinger equation in single electron approximation. On top of that, we plan to investiagte the influence of anisotropy, band structure, dynamical Bloch oscillation and multi-electron effect on the ellipticity dependence of intraband and interband high-order harmonics to recover the law of the ellipticity dependence of high-order harmonics in crystal. This not only provides important guidance for relevant experimental researches，but also lays the foundation for the applications of high-order harmonics generated from crystal.

晶体高次谐波的研究是超快激光物理和材料科学的重要学科交叉。它不仅极大地拓展了强场物理的研究领域，还为材料科学的发展带来了新的机遇。其中，晶体高次谐波辐射效率与激光椭偏率的相关性研究是当前该领域重要而基本的问题。然而，由于晶体种类的多样性和结构的复杂性，目前人们对晶体高次谐波辐射效率与激光椭偏率的依赖关系还没有清楚的认识。本项目拟发展多带半导体布洛赫方程研究多电子效应在晶体高次谐波产生中所扮演的角色，并检验单电子含时薛定谔方程所得结论的正确性。在此基础上，分别研究晶体各项异性、能带结构、动态布洛赫震荡以及多电子效应等因素对晶体带内、带间高次谐波椭偏依赖的影响，从而揭示晶体高次谐波椭偏依赖规律。这不仅可为相关实验研究提供重要的指导，还为晶体高次谐波应用研究的开展奠定了一定的基础。

固体高次谐波是超快激光物理和材料科学的重要学科交叉，是目前强场物理研究领域的重要课题。本项目紧紧围绕固体高次谐波开展了以下六方面研究：第一，研究了固体谐波产生中的多电子干涉效应，确定了单电子含时薛定谔方程在固体谐波研究中的局限性。第二，研究了固体高次谐波的CEP效应，发现多光子电离与隧道电离的相对贡献大小可以导致固体谐波的复杂CEP依赖，并确定了电子-空穴的实空间再碰撞是固体带间谐波产生的必要条件。第三，证明了半导体布洛赫方程的规范不变性，并通过考虑跃迁矩阵元和Berry联络的相位信息发展了描述固体带间谐波产生的实空间再碰撞模型。第四，通过放宽电子-空穴实空间的碰撞条件发展了实空间再碰撞模型，并利用该模型研究了动态布洛赫震荡对氧化锌晶体带间高次谐波产额椭偏依赖的影响。第五，研究了石墨烯高次谐波产额的反常椭偏依赖现象，通过考虑狄拉克点附近激发电子和空穴的贡献，利用拓展的实空间再碰撞模型成功揭示了石墨烯高次谐波产额反常椭偏依赖的成因。第六，研究了偏压双层石墨烯偶次谐波的产生机制，发现同层相邻碳原子上不对称电子密度分布导致了偏压双层石墨烯偶次谐波的产生。此外，我们还对原子分子高次谐波和分子电离解离进行了研究。第一，提出了测量原子高次谐波产生中库仑场诱导电离时刻偏移的高频垂直双色场方法。第二，发现三叶草激光场与分子相互作用产生的高次谐波谱在分子结构动态对称性探测方面具有很大潜力。第三，发展了适用于双原子分子体系的瞬态电离模型，揭示了分子离子中振动态间的相干性与电离电子态轨道对称性的关系，并提出了一种基于延迟探测态分辨能谱重构分子混合态密度矩阵的新方法。在项目执行过程中，负责人以第一作者或通讯作者在物理类国际权威期刊PRA/B上发表SCI论文12篇，培养博士后1名，博士研究生1名，硕士研究生4名。项目总经费60万元，支出41.8万元，各项支出与预算相符。由于新冠疫情原因，剩余经费18.2万，计划用于以后课题组的科研工作。