本文關鍵詞：飛秒光絲相互作用的動力學研究和原子、分子體系的量子相位操控

  更多相關文章： 超短脈沖 多光絲作用 等離子體光柵 泵浦-探測測量 量子相位操控

【摘要】：由于克爾自聚焦效應和等離子體散焦效應之間的動力學平衡,超短強激光脈沖在傳輸過程中可形成光絲。最近,研究發(fā)現(xiàn)兩非共線的光絲相互作用可產(chǎn)生等離子體光柵,并這一發(fā)現(xiàn)迅速地成為了飛秒光絲研究的熱點。本文的第一部分以飛秒激光成絲為課題,主要研究以下內(nèi)容：首先,研究了超連續(xù)譜的錐角輻射以及超短強激光脈沖在BK7玻璃和熔融石英中的成絲效應,并進行了理論模擬計算。實驗發(fā)現(xiàn)錐角輻射的強度由入射激光的功率密度和樣品的厚度來決定。重點研究了錐角輻射的角分布,發(fā)現(xiàn)紫外波段錐角輻射的角分布不符合切倫科夫輻射理論,我們提出了改進的X-Waves模型。其次,以空氣為介質研究了等離子體光柵與探測光絲相互作用過程中等離子體熒光輻射和三次諧波的產(chǎn)生。通過研究等離子體熒光輻射的連續(xù)譜和線狀譜的產(chǎn)生機制來探究多絲間作用的動力學過程。同時,實驗發(fā)現(xiàn)通過與等離子體光柵作用,探測光絲的三次諧波可以被有效的增強和展寬,并且三次諧波的強度依賴于探測光和等離子體光柵間的夾角、延遲時間、相對偏振等。再次,研究了等離子體光柵與探測光絲作用過程中的超連續(xù)譜輻射、能量交換以及探測光絲的時空分裂。實驗測量了超連續(xù)光譜的產(chǎn)生和探針脈沖的核心能量隨延遲時間的變化,并記錄了光絲的遠場圖樣。實驗發(fā)現(xiàn)探測光絲和等離子體光柵間存在能量交換,探測光絲能量的最大轉換效率最高可達到42%。能量轉換率和方向隨著延遲時間的變化而變化。應用非線性吸收的時域模型解釋了能量交換過程,并計算得出了非線性折射系數(shù)。等離子體光柵能夠導致探測脈沖在時空上的分裂,分裂間距處于102μm量級。分裂間距取決于探測光絲和等離子體光柵的交叉角度。并結合理論計算,對探測光絲的時空分裂給出了合理的解釋。光與物質的相互作用可以由系統(tǒng)的偶極子響應來描述,它與系統(tǒng)極化率成正比。最近,基于泵浦-探測技術,反轉泵浦和探測脈沖到達靶物質的順序,觀察相關的量子動力學過程成為了光與物質相互作用研究的最新熱點。探測脈沖作為激發(fā)脈沖觸發(fā)一個量子體系,泵浦脈沖隨后與該體系作用,其偶極子的振蕩相位會受到調(diào)制作用而導致吸收譜線型的的改變,該效應被稱為量子相位操控機制。基于這一概念,本文的第二部分工作系統(tǒng)地研究原子、分子系統(tǒng)的光偶極子響應：首先,基于周期性的相位調(diào)控機制,提出了一種產(chǎn)生任意波段的頻率梳的新方法。頻率梳主要由原子系統(tǒng)的性質和相位操控的參數(shù)所決定,并給出了表征頻率梳的理論分析公式。基于現(xiàn)有的實驗技術和光源,從理論上給出了一種在soft-x-ray波段產(chǎn)生頻率梳的實驗方案。隨后,相位控制理論被推廣到了更為復雜的大分子體系(IR144甲醇溶液)。同時,發(fā)展了一種模擬大分子瞬態(tài)吸收譜的理論模型,能和實驗結果很好地符合。證明了相位操控理論具有廣泛的適用性。其次,在一個V-型三能級系統(tǒng)中進行泵浦-探測測量,研究了系統(tǒng)的時間演化。時間延遲的兩超短脈沖激發(fā)和耦合系統(tǒng)的兩個共振過程,研究波包的量子動力學過程與探測脈沖的瞬態(tài)吸收譜的關聯(lián)性。通過分析系統(tǒng)的量子演化,從瞬態(tài)吸收譜的變化中提取原子系統(tǒng)的相位信息。對原子的相位和瞬態(tài)吸收譜的內(nèi)在聯(lián)系的理解對光與物質相互作用中復雜的原子和分子體系的相位的重建意義重大。利用脈沖整形裝置改變泵浦脈沖的形狀,并研究相對應的探測脈沖的瞬態(tài)吸收譜。同時,也應用雙泵浦進行探測脈沖的吸收譜測量,研究其對體系的躍遷過程的操控。
【關鍵詞】：超短脈沖 多光絲作用 等離子體光柵 泵浦-探測測量 量子相位操控
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O437
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 引言11-25
• 1.1 飛秒激光成絲11-17
• 1.1.1 飛秒激光成絲現(xiàn)象簡介11
• 1.1.2 飛秒激光成絲現(xiàn)象的物理機制11-14
• 1.1.3 光絲中存在的若干非線性效應14-17
• 1.2 多絲的形成及光絲間相互作用17-19
• 1.2.1 多絲的形成17
• 1.2.2 多光絲間的相互作用17-19
• 1.3 原子體系泵浦-探測測量19-22
• 1.3.1 線型吸收理論20-21
• 1.3.2 波包動力學21-22
• 1.4 本文的研究方向及意義22-25
• 第二章 實驗設備和裝置25-42
• 2.1 飛秒激光系統(tǒng)25-27
• 2.1.1 Quantronix飛秒激光系統(tǒng)25-27
• 2.1.2 Femtolaser飛秒激光系統(tǒng)27
• 2.2 光譜儀27-29
• 2.2.1 Ocean Optics便攜式光譜儀28
• 2.2.2 McPherson高分辨光柵光譜儀28-29
• 2.3 脈沖整形29-37
• 2.3.1 脈沖整形裝置29-33
• 2.3.2 整形脈沖33-34
• 2.3.3 脈沖的表征34-37
• 2.4 實驗裝置37-42
• 2.4.1 錐角輻射角分布的測量裝置37-38
• 2.4.2 等離子體光柵產(chǎn)生及應用裝置38-39
• 2.4.3 吸收譜測量裝置39-42
• 第三章 高能飛秒脈沖誘導紫外錐角輻射42-52
• 3.1 角分布測量方法42-43
• 3.2 傳播模型43-44
• 3.3 結果與討論44-50
• 3.3.1 截止波長與激光功率密度44-46
• 3.3.2 截止波長與樣品厚度46-48
• 3.3.3 錐角輻射的角分布48-50
• 3.4 小結50-52
• 第四章 三次諧波產(chǎn)生和等離子體熒光光譜52-68
• 4.1 實驗測量52-53
• 4.2 等離子體熒光輻射53-59
• 4.3 多光絲作用的三次諧波的產(chǎn)生59-66
• 4.3.1 三次諧波增強59-63
• 4.3.2 三次諧波強度與相對位置63-65
• 4.3.3 三次諧波光譜的展寬65-66
• 4.4 小結66-68
• 第五章 超連續(xù)輻射及光絲間的能量傳遞68-88
• 5.1 多光絲作用的超連續(xù)譜輻射68-74
• 5.1.1 測量方法68-69
• 5.1.2 超連續(xù)譜及其核心能量69-74
• 5.2 多光絲間的能量交換74-80
• 5.2.1 測量方案75
• 5.2.2 結果與討論75-80
• 5.3 等離子體光柵誘導脈沖的時空分裂80-87
• 5.3.1 研究方案80-81
• 5.3.2 脈沖的時空分裂81-87
• 5.4 小結87-88
• 第六章 原子分子體系的量子相位操控88-107
• 6.1 相位操控理論88-90
• 6.2 量子相位操控產(chǎn)生頻率梳90-97
• 6.2.1 周期性相位操控及其光譜響應91-93
• 6.2.2 相位控制的波動和上升時間93-95
• 6.2.3 實驗方案95-97
• 6.3 大分子體系的量子相位控制97-104
• 6.3.1 液相靶：染料分子IR14497-98
• 6.3.2 吸收譜的理論模型98-103
• 6.3.3 測量、模擬結果103-104
• 6.4 小結104-107
• 第七章 多能級體系的量子相位操控107-126
• 7.1 實驗樣品108-109
• 7.2 強場下的波包重建109-118
• 7.2.1 理論模型109-111
• 7.2.2 理論計算結果111-113
• 7.2.3 實驗測量113-116
• 7.2.4 激光誘導相位模型116-118
• 7.3 雙泵浦的量子操控118-122
• 7.3.1 測量方法119
• 7.3.2 雙泵浦的量子操控119-122
• 7.4 脈沖形狀對吸收譜的調(diào)制122-125
• 7.5 小結125-126
• 第八章 結論126-130
• 8.1 主要結論126-128
• 8.2 研究工作的展望128-130
• 參考文獻130-147
• 在學期間的研究成果147-149
• 致謝149-151

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本文編號：1083940