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[IEEE 2019年第44届国际红外、毫米波与太赫兹波会议（IRMMW-THz）- 法国巴黎（2019年9月1日-2019年9月6日）] 2019年第44届国际红外、毫米波与太赫兹波会议（IRMMW-THz）- 石墨烯的太赫兹物理特性：可能是我们已知非线性最强的材料
摘要： 本次报告将展示并解释石墨烯在太赫兹频段表现出的巨大光学非线性特性。具体而言，我们将基于一个简单的太赫兹-石墨烯相互作用热力学模型，阐述石墨烯中的非线性太赫兹电导率、可饱和吸收现象以及极高效率的太赫兹高次谐波产生机制。
关键词： 非线性、高次谐波产生、可饱和吸收、太赫兹、石墨烯
更新于2025-09-12 10:27:22
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[IEEE 2019年欧洲激光与电光学会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光学会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 中红外超短脉冲驱动相对论激光-物质相互作用的高次谐波探针
摘要： 高次谐波产生（HHG）是强场非线性光学物理中的核心效应之一。过去二十年间，HHG已成为阿秒物理领域范式突破的核心。但鲜少有人关注HHG作为高灵敏度且具有多重独特优势的分析工具的潜力。以此模式应用时，HHG能帮助探测并理解复杂气相、固态及激光等离子体系统中的超快电子动力学。本文通过将HHG用作中红外超短脉冲驱动的相对论性激光-物质相互作用探针，拓展了这一概念。
关键词： 中红外、相对论激光-物质相互作用、超短脉冲、高次谐波产生
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[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 过渡金属等离子体中共振高次谐波产生的理论研究
摘要： 高次谐波产生（HHG）是一种利用桌面实验装置生成极紫外和软X射线辐射的极具前景的技术。虽然HHG的转换效率通常较低，但提高谐波产率的一种替代方案是使用过渡金属等离子体作为产生介质——该介质中已观测到多个共振增强的谐波峰[1]。本研究通过我们最新发展的最先进全电子第一性原理模拟方法TD-CASSCF和TD-ORMAS[2-4]，对过渡金属元素的HHG过程进行了数值模拟。锰及其阳离子（图1中"活性3p轨道"）的计算谐波谱在51 eV处呈现增强峰，成功复现了实验观测结果[5,6]。图1中的箭头标明了截止定律预测的各离子态截止位置（cid:7)(cid:15) [公式：(cid:7)(cid:15) (cid:20) (cid:8)(cid:16) (cid:17) (cid:5)(cid:2)(cid:4)(cid:6)(cid:9)(cid:16)，其中(cid:8)(cid:16)和(cid:9)(cid:16)分别表示电离能和有质动力能]。截止位置超出起始离子态对应值的现象表明产生了更高价态的离子（即等离子体）。本方法的优势之一在于可冻结特定轨道运动以揭示物理机制——当冻结3p轨道时，增强峰消失（图1中"冻结3p轨道"），这明确证实该峰源自其位置[5]所暗示的3p-3d巨共振效应，因而体现了多电子效应。我们进一步分析了三条3p-3d跃迁谱线（(cid:10) (cid:20) (cid:18)(cid:4)(cid:1)(cid:3)(cid:21)）对增强峰的贡献，发现它们通过相长干涉共同形成了51 eV处的增强峰。
关键词： 高次谐波产生、TD-CASSCF、软X射线、过渡金属等离子体、TD-ORMAS、极紫外光
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亚激光周期时间尺度上的拓扑强场物理
摘要： 强场作用下电子响应的亚激光周期时间尺度，使得原子、分子和固体中的阿秒动力学成像成为可能，其中光学隧穿和高次谐波产生是阿秒光谱学的标志性特征。拓扑绝缘体与电子动力学密切相关，这通过手性边缘电流得以体现，但尚不清楚拓扑结构是否以及如何影响光学隧穿和亚周期电子响应。本文中，我们发现了体拓扑效应对电子注入导带过程中产生的电流方向性和时序的独特影响。研究表明，在相同能带结构下，电子在平庸绝缘体和拓扑绝缘体中的隧穿行为存在差异，并确定了贝里曲率在此过程中的关键作用。这些效应映射为与拓扑相关的阿秒延迟和发射谐波的螺旋度，从而记录了系统的相图。我们的发现基于亚激光周期强场响应的普适特性——这一阿秒科学独有的标志，为拓扑体系研究开辟了新路径。
关键词： 高次谐波产生、阿秒科学、贝里曲率、拓扑绝缘体、强场物理
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线性偏振激光场中定向CO分子的奇偶次谐波产生及动态核电子极化的影响
摘要： 我们基于单活跃电子近似下数值求解含时薛定谔方程的方法，对极性分子CO产生的奇偶次谐波进行了详细的理论研究。首先，我们复现了Hu等人利用含时密度泛函理论预测的CO纯偶次谐波产生现象[H. Hu等, 物理评论快报, 2017, 119, 173201]。随后基于Floquet方法，我们发现当极性分子垂直于激光偏振方向时，该现象可归因于分子-场系统的半周期镜像对称性。数值模拟表明，在非90°取向角下该对称性被破坏，从而产生奇偶次谐波共存现象，且偶次与奇次谐波强度比呈现显著依赖分子取向的非平凡特性。此外，我们研究了动态芯电子极化(DCeP)对高次谐波谱截止区附近奇偶行为的影响，强调该效应仅对奇次谐波具有显著影响。
关键词： 含时薛定谔方程、高次谐波产生、极性分子CO、Floquet方法、动态核电子极化、单活跃电子近似
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双色驱动激光场下高次谐波与阿秒脉冲产生的行为研究
摘要： 本文研究了某些双色飞秒脉冲与氦离子相互作用后产生的高次谐波强度及随之生成的阿秒脉冲。研究考察了高次谐波强度谱中的截止频率、最大电离概率、阿秒脉冲强度和持续时间随双色驱动脉冲分量频率间隔（δω）的变化情况。结果表明：截止频率随δω呈指数衰减；而最强且最短的阿秒脉冲生成以及最大电离概率出现在δω=0（即单色脉冲）附近；但当δω=0.8ω0（ω0为基频脉冲频率）时会产生最长的阿秒脉冲；最终当δω=1.25ω0时则生成孤立性最佳的阿秒脉冲。
关键词： 阿秒、氦离子、双色光、高次谐波产生
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 1微米波段高效率高能量少周期驱动源
摘要： 基于掺镱光纤放大器（YDFA）的高重复频率激光器的最新发展，为提高高次谐波产生（HHG）所生成相干极紫外（XUV）光源的重复频率（>100 kHz）铺平了道路。高重复频率HHG驱动源具有多重优势：可提升光子通量[1]、缩短研究分子动力学（如COLTRIMS技术）等符合测量实验的采集时间，并能通过光电子能谱与显微技术研究物质电子结构——该领域需采用低剂量以避免空间电荷效应[2]。迄今为止，绝大多数HHG研究与应用的重复频率仍受限于钛宝石激光器的低频段。常规钛宝石激光器输出中心波长λ=800 nm、脉宽20 fs的脉冲，单脉冲能量可达数百毫焦，但其平均功率通常难以突破10 W，导致HHG工作在低重复频率（≤10 kHz）区间。 当前最成熟且强大的超快光源技术当属平均功率超1 kW[3]并拥有众多工业应用的掺镱系统。然而YDFA光源约>200 fs的长脉宽限制了其在该领域的适用性。为此研究者采用非线性压缩方案成功降低脉宽，获得了迄今基于HHG光源报道中最高的XUV光子通量[1]。但若要实现亚三周期（1030 nm处<10 fs）的典型要求——该参数通常需结合选通技术获取孤立阿秒脉冲，则必须实施两级压缩[4]，这将使阿秒物理专用系统的能量效率降至YDA总能量的30%以下。 本研究展示了一种基于高能飞秒YDFA与混合式双级非线性压缩方案的二周期光源。多程腔级联大直径毛细管级的组合实现了48倍压缩率及61%的总透射率。据我们所知，这是目前演示的最高效、少周期、高能量且高重复频率的激光系统。该紧凑型装置占地仅1.8 m×1.0 m，在超过8小时的连续测试中稳定输出中心波长1030 nm的少周期脉冲串：150 kHz重复频率下6.8 fs（见图1）、140 μJ脉冲（对应21 W平均功率），完美适配通过HHG驱动高光子通量XUV光源[5]的需求。该激光系统兼具鲁棒性、紧凑性与高功率效率，是面向实用化的高通量XUV与阿秒光源的理想驱动源。
关键词： 阿秒脉冲、高次谐波产生、掺镱光纤放大器、极紫外光、高重复频率激光器
更新于2025-09-12 10:27:22
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[2019年欧洲激光与电光学会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光学会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 用于高电荷离子精密光谱研究的极紫外频率梳开发
摘要： 高电荷离子（HCI）具有少量紧密结合的电子，在探测基础物理和开发新型频率标准方面具有诸多有趣特性[1,2]。许多高电荷离子的光学跃迁位于极紫外（XUV）波段，传统光源无法以最高精度研究这些跃迁。为此，我们正通过高次谐波产生（HHG）技术[3-4]，将近红外频率梳的相干性和稳定性传递至XUV波段来研制XUV频率梳。在实现HHG所需强度水平（约1013W/cm2）的同时保持高重复频率（100MHz）以实现大梳齿间距，这极具挑战性。因此我们首先在棒状光纤中将激光脉冲放大至70W，再通过光栅-棱镜压缩器压缩至亚200飞秒脉宽。随后脉冲在消像差补偿的飞秒增强腔中与频率梳共振重叠，该腔体锁定于频率梳系统。为实现高稳定性和低噪声性能，腔体采用刚性钛结构构建，并与真空泵实现振动解耦。高次谐波将在腔体紧密聚焦的靶气体中产生，并通过蚀刻于高反镜的小周期光栅的一阶负衍射耦合输出腔体[5]。整个腔体在超高真空条件下运行，可防止镜面因污染和碳氢化合物聚集而退化。差分抽气方案能在激光焦点区域维持高靶气压而不影响腔室其他区域的压力[6]。最终XUV光将被引导至低温超导线性Paul阱中俘获并协同冷却的高电荷离子[7]，利用单根梳齿驱动窄跃迁。实验原理示意图见图1。文中还展示了腔内多光子电离技术的最新进展与初期实验成果。
关键词： 飞秒增强腔、高电荷态离子、精密光谱学、高次谐波产生、极紫外频率梳
更新于2025-09-12 10:27:22
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[IEEE 2019欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 基于高次谐波产生的纳米级分辨率XUV相干断层扫描技术
摘要： 光学相干断层扫描（OCT）是一种成熟技术，通过近红外辐射以非侵入方式获取生物样本的三维横截面图像。其轴向分辨率量级为相干长度lc ∝ λ2/Δλ，该长度取决于光源的中心波长λ?和光谱宽度Δλ。因此轴向分辨率仅与光谱特性相关，而与辐射的几何属性无关。采用宽带可见光及近红外光源的OCT通?？墒迪质⒚琢考兜闹嵯颍ㄉ疃龋┓直媛蔥1]。本文介绍极紫外相干断层扫描（XCT）[2]——当使用宽带极紫外（XUV）与软X射线（SXR）辐射时，其相干长度可显著缩短的特性被充分利用。当作用于样品材料的透射光谱窗口时，XCT能展现最佳性能：例如硅材料透射窗口（30-99 eV）对应约12 nm的相干长度，适用于半导体检测；而在280-530 eV的水窗波段，可实现短至3 nm的相干长度，凸显XCT在生命科学领域的应用潜力。 XCT采用完全规避分束器的傅里叶域OCT方案变体。实验中，实验室级高次谐波光源[3]产生的宽带XUV聚焦于样品表面，反射光谱通过光栅光谱仪测量（见图1左侧）。表层反射光充当参考光束——此前这种简化会导致伪影[2]，本文则提出新型一维相位恢复算法（PR）来消除该缺陷，实现无伪影的PR-XCT技术[4]。图1右侧展示了硅基体内嵌两层纳米级横向结构金层的无损XCT三维断层扫描结果：基于桌面系统在硅透射窗口实现了24 nm轴向分辨率。另一显著成果是XCT的高材料灵敏度：在约160 nm深度处检测到仅数纳米厚的二氧化硅层（蓝色），该层形成于样品制备过程，常规扫描电镜对薄片样品检测无能为力，透射电镜图像中也仅隐约可见。此外，PR-XCT算法还能提取样品内部材料的特性信息，我们将展示首批材料分辨XCT的研究成果。
关键词： 光学相干断层扫描、高次谐波产生、极紫外相干断层扫描、纳米级分辨率、生命科学、半导体检测
更新于2025-09-12 10:27:22
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强椭圆激光场中原子动力学的库仑效应：激发与电离的统一
摘要： 我们通过求解含与不含光电子-核库仑相互作用的三维含时薛定谔方程，研究了强椭圆激光场中库仑效应对原子动力学的影响。结果表明库仑效应对激发和电离过程具有重要作用，而对高次谐波产生的影响较小。计算结果可作为其他近似方法的基准。分析光电子动量分布发现：库仑效应在偏振面内的动量分布中起重要作用，而在垂直于偏振面的法向动量分布中影响较弱。与弱场中的光吸收类似，我们证明激发和电离过程可采用统一方法处理，这意味着低能光电子分布可与高激发态布居数相关联。
关键词： 光电子动量分布、库仑效应、电离、高次谐波产生、激发、强椭圆偏振激光场
更新于2025-09-12 10:27:22