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千赫兹飞秒激光驱动17-40nm高次谐波辐射研究

作　者: 卢发铭
导　师: 夏元钦
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理电子学
关键词: 千赫兹飞秒激光软X射线平场光栅谱仪高次谐波
分类号: O437
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 53次
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内容摘要

随着飞秒激光技术的发展,激光强度大幅度提高,使激光与物质相互作用进入强场领域。超强超短激光脉冲与物质相互作用产生X射线激光主要有两种机制:一种是利用光场感应电离产生的等离子体为增益介质,实现X射线激光;另一种采用线偏振超短脉冲强激光与原子、分子相互作用产生的高次谐波来获得相干性极好的XUV和软X射线源。本文从理论和实验两个方面对高次谐波辐射进行研究。介绍了高次谐波基本理论,从半经典和量子理论出发,阐述高次谐波的产生过程。推导高次谐波的截止波长,并得出相位匹配因子以及第q谐波场强度Iq与入射激光场强度I之间的关系。实验上利用飞秒激光在静态气体盒中获得惰性气体He、Ar以及N2的17-40nm高次谐波辐射,并讨论激光能量、气体密度以及激光偏振对高次谐波的影响。随着入射激光能量增加,高次谐波相对强度逐渐增强,当激光强度超过饱和光强,高次谐波强度反而下降。这是因为激光强度过大会产生大量的自由电子,造成基频光与谐波之间的相位失配。另外,气体密度的增大,在一定程度上会增加高次谐波强度。但是当气压过大,电离产生的大量自由电子会引起相位失配,造成高次谐波转换效率降低。因此,存在一个最佳激光强度和气压值,使得高次谐波转换效率最高。此外,通过改变λ/4波片角度获得不同偏振下的高次谐波辐射。实验发现,椭圆偏振和圆偏振激光对高次谐波有明显的抑制作用,当激光为圆偏振时没有观测到高次谐波信号。通过研究飞秒激光与物质相互作用产生的高次谐波的特性,可以进一步完善强场电离理论,为实现软X射线波段激光提供理论及实验支持。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 课题来源及研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-18
    1.2.1 光场感应电离X射线激光研究进展  10-14
    1.2.2 高次谐波研究进展  14-16
    1.2.3 等离子体波导中的高次谐波  16-18
  1.3 本文主要内容  18-19
第2章高次谐波理论  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 高次谐波基本理论  19-22
  2.3 高次谐波截止波长  22-23
  2.4 高次谐波在介质中传播  23-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章高次谐波实验系统  28-38
  3.1 引言  28
  3.2 实验整体结构  28
  3.3 飞秒激光系统  28-32
    3.3.1 光束聚焦  31-32
  3.4 真空靶室  32-35
    3.4.1 真空靶室气路结构  33-34
    3.4.2 气体盒  34-35
  3.5 软X射线平场光栅谱仪  35-37
    3.5.1 软X射线平场光栅谱仪的安装和调节  36-37
  3.6 本章小结  37-38
第4章高次谐波辐射的实验研究  38-57
  4.1 引言  38
  4.2 软X射线平场光栅谱仪的标定  38-48
    4.3.1 He的高次谐波  41-43
    4.3.2 Ar的高次谐波  43-45
    4.3.3 N2的高次谐波  45-48
  4.4 充气气压对高次谐波的影响  48-51
  4.5 激光能量对高次谐波的影响  51-54
  4.6 激光偏振对高次谐波的影响  54-56
  4.7 本章小结  56-57
结论  57-59
参考文献  59-63
攻读学位期间发表的学术论文  63-65
致谢  65

千赫兹飞秒激光驱动17-40nm高次谐波辐射研究

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