高次諧波發(fā)射量子軌道控制的一種方法

摘 要:本文通過調(diào)節(jié)基頻、二倍頻場的相位差實(shí)現(xiàn)了單一量子軌道的選擇。

關(guān)鍵詞:高次諧波 雙色場

中圖分類號(hào):O562文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)04(b)-0092-02

在高次諧波發(fā)射的過程中，對(duì)諧波發(fā)射有貢獻(xiàn)的有所謂的短軌道和長軌道，他們表征了電子在一個(gè)或半個(gè)光學(xué)周期內(nèi)在連續(xù)態(tài)中的運(yùn)動(dòng)特征，兩個(gè)軌道的相位有相當(dāng)不同的震蕩行為。對(duì)于諧波譜平臺(tái)處，雙軌道都出現(xiàn)，兩個(gè)軌道間的相互干涉導(dǎo)致了在每半個(gè)光學(xué)周期內(nèi)至少兩次的不規(guī)則發(fā)射。單一量子軌道選擇的實(shí)現(xiàn)對(duì)于產(chǎn)生單一阿秒具有很大的意義，微觀的相位匹配機(jī)制已經(jīng)成功的用于量子軌道的選擇。本文利用雙色場輻照一維勢(shì)模型原子，發(fā)現(xiàn)通過對(duì)相位的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了單一量子軌道的控制，并對(duì)控制機(jī)制進(jìn)行了定性分析。如無特殊說明，本文均采用原子單位。

1 理論計(jì)算

線偏振的雙色激光脈沖具體形貌如下：

其中，=0.12，和分別為入射激光基頻和倍頻場的電場峰值強(qiáng)度，=0.057是入射組合激光的基頻頻率，=2是二倍頻頻率，=0和分別是基頻和二倍頻脈沖對(duì)應(yīng)的相位，具體計(jì)算中調(diào)節(jié)相位差，=4是脈沖中光學(xué)周期的個(gè)數(shù)，為脈沖包絡(luò)。

在長度規(guī)范和電偶極近似下，把基態(tài)作為在激光場中演化的初態(tài)，然后運(yùn)用二階對(duì)稱分拆時(shí)間演化算符光譜方法計(jì)算得到體系的任意時(shí)刻的狀態(tài)波函數(shù)，再利用演化得到的波函數(shù)可以計(jì)算得到t時(shí)刻體系的加速度偶極矩，對(duì)它作傅立葉變換就可以獲得體系從初始時(shí)刻到末時(shí)刻的諧波功率發(fā)射譜。再用小波分析法對(duì)所得到的諧波功率譜做時(shí)間頻率分析，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)諧波譜第二平臺(tái)的60～115次諧波的發(fā)射主要來自所謂的長短軌道的貢獻(xiàn)，且隨著基頻和二倍頻相位差的逐漸減小短軌道消失，實(shí)現(xiàn)了單一量子軌道的控制，這對(duì)產(chǎn)生單一阿秒脈沖具有很大的意義。

2 結(jié)果分析

通過分析各種情況下的經(jīng)典SMT圖像我們觀察到對(duì)應(yīng)不同相位情況下的電子與核復(fù)合時(shí)具有的動(dòng)能與復(fù)合時(shí)間的關(guān)系圖基本沒什么區(qū)別，但是電子與核復(fù)合時(shí)具有的動(dòng)能與電離時(shí)間的關(guān)系圖卻有很大的差別，對(duì)應(yīng)的短軌道的半支曲線逐漸向時(shí)間軸正方向偏移。

在我們的方案下所得到的諧波譜均呈現(xiàn)雙平臺(tái)結(jié)構(gòu)，且60次以后的諧波主要電離時(shí)間在2T之前，因此我們給出0.5T～2T之間的電子與核復(fù)合時(shí)具有的動(dòng)能與電離時(shí)間的關(guān)系圖（圖1），和圖2中的0.5T～2T區(qū)間內(nèi)的電離圖（虛線）和激光場圖（實(shí)線）。根據(jù)我們的分析60次以后的諧波主電離時(shí)間集中在1.2T～2T之間，從圖1中可以看出在1.5T時(shí)間以后，復(fù)合時(shí)刻如果具有相同的動(dòng)能的話，那么該復(fù)合時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電離時(shí)刻隨著的減小電離時(shí)刻逐漸移向時(shí)間軸正方向，例如：在圖1中，如果電子與核復(fù)合時(shí)獲得的能量均為3a.u.時(shí)，=0.45π時(shí)對(duì)應(yīng)的電離時(shí)間是1.52T；=0.4π時(shí)對(duì)應(yīng)的電離時(shí)間是1.55T；=0.35π時(shí)對(duì)應(yīng)的電離時(shí)間是1.57T；=0.3π時(shí)對(duì)應(yīng)的電離時(shí)間是1.67T。而從圖2中的激光場形貌來看在1.5T以后隨著相位差由=0.45π減小到=0.3π的過程中激光場的場幅逐漸減小，場幅依次為：-0.07，-0.04，-0.03，-0.02。場幅逐漸減小電離產(chǎn)額也逐漸減小，相位差由=0.45π減小到=0.3π的過程中電離產(chǎn)額依次為：12%，10.5%，9%，7%。從圖2中可以看出，隨著的減小電離時(shí)刻逐漸移向時(shí)間軸正方向，最終出現(xiàn)電離速率為零的平臺(tái)，由于高次諧波發(fā)射是受激復(fù)合過程，電離少了自然高能電子與核復(fù)合的幾率也就小了，沒有電子電離也就談不上高能電子與核復(fù)合了，相應(yīng)的就沒有諧波發(fā)射了，最終導(dǎo)致了短軌道逐漸消失。

綜上所述，我們給出了一種在小范圍內(nèi)調(diào)整激光場的相位差從而得以控制諧波發(fā)射短軌道的方法，并根據(jù)SMT理論和高次諧波發(fā)射的受激復(fù)合特性，對(duì)其成因做了定性分析。

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