超短脈沖載波包絡相位相關效應的研究.pdf

1、超短激光脈沖具有極短的持續(xù)時間和極強的峰值功率，它在物理、化學、生物以及交叉科學領域都有非常吸引人的應用前景，如控制物理化學過程飛秒化學、生物光子成像等。當超短脈沖持續(xù)時間只有少數(shù)幾個光學周期的時候，稱為周期量級超短脈沖，此時脈沖的載波-包絡相位(Carrier-envelope-phase，CEP)成為影響光與物質(zhì)作用微觀過程的重要因素。研究超快脈沖的CEP 相關效應并發(fā)展測量CEP的可行性理論是現(xiàn)代光學一項非常有意義的研究。超短脈沖

2、在介質(zhì)中的傳播可以產(chǎn)生亞周期脈沖，因此傳播問題也是人們感興趣的課題。本論文采用數(shù)值計算的方法，分別研究了周期量級超短脈沖與少能級原子系統(tǒng)相互作用的CEP 相關效應及其在介質(zhì)中的傳播產(chǎn)生亞周期脈沖的特性。主要內(nèi)容如下：
　　 ⑴研究了強場超短脈沖與兩能級原子系統(tǒng)作用產(chǎn)生的高次諧波(High-orderHarmonic Generation，HHG)在其截止區(qū)的CEP 相關效應。具體研究了對于高斯脈沖載波-包絡相位分別為φ=0和φ=

3、0.5π 兩種情況下絕熱態(tài)能級的能量和截止區(qū)的高次諧波隨入射脈沖的變化。通過數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)，兩能級模型產(chǎn)生高次諧波和絕熱態(tài)的能量都是隨入射電場的CEP 緊密相關的。同三步模型一樣，兩能級原子模型中的高次諧波在截止區(qū)的特性也是具有CEP 相關效應的。
　　 ⑵探討了超短脈沖與半導體雙耦合量子點(Coupled-quantum-dot，CQD)三能級系統(tǒng)相互作用的CEP 相關效應。通過數(shù)值計算分析了兩個量子點組成的CQDs 系統(tǒng)發(fā)生電

4、子隧穿之后右邊量子點的粒子數(shù)分布關于CEP的相關性，研究結(jié)果表明兩個量子點之間的隧穿在不同的系統(tǒng)參數(shù)條件下都對CEP 極度敏感，這種相位敏感性比冷原子介質(zhì)中束縛態(tài)的原子相干和量子拍對CEP的相關性要大。
　　 ⑶對比分析了5fs的超短脈沖在周期性兩能級稠密介質(zhì)中傳播時，近偶極-偶極(Near-dipole-dipole，NDD)相互作用對產(chǎn)生亞周期孤子脈沖的影響?？紤]稠密介質(zhì)中NDD 相互作用造成的影響時，發(fā)現(xiàn)孤子脈沖的傳播群速

5、度比不考慮NDD 相互作用時要快，并且孤子傳播過程中頻率會出現(xiàn)低頻成分，但從介質(zhì)中出射的脈沖不受其影響。在介質(zhì)密度更大的情況下，孤子脈沖在周期性介質(zhì)中傳播時由于介質(zhì)表面反射增強會逐漸耗散，因此研究該模型可以直接忽略NDD 相互作用的影響。
　　 ⑷提出了在三能級半導體耦合雙量子阱(Coupled-quantum-well,CQW)系統(tǒng)中利用超短脈沖的傳播特性產(chǎn)生更短的亞周期脈沖的方案。在半導體耦合量子阱中，研究了入射面積分別為2

6、π和4π的超短脈沖的傳播，發(fā)現(xiàn)2π 脈沖在介質(zhì)中會逐漸衰減，但4π 脈沖傳播過程中可以產(chǎn)生亞周期脈沖。由于固體CQW 介質(zhì)具有更大的參數(shù)可調(diào)性，我們認為該方案在產(chǎn)生亞周期脈沖方面有較好的應用前景。超快光學是非線性光學領域一門日新月異飛速發(fā)展的科學。我們的工作在一個相對較低的強度范圍內(nèi)研究了超短光脈沖與束縛態(tài)能級相互作用的有關特性，對超短脈沖CEP的控制與測量以及如何產(chǎn)生更短亞周期脈沖提出了相應的方案，對超快光學的發(fā)展具有一定的參考意義。