强激光场中原子产生的高次谐波的统计性质研究

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高次谐波是强光驱动原子、分子过程中产生的一种高频相干辐射。它是阿秒量级超短脉冲的重要来源,也是获得短波长光源的重要手段。本论文采用全量子化的非微扰形式散射理论,研究了强激光场驱动原子生成的高次谐波的统计性质,开阔了高次谐波研究的视野,对拓展高次谐波在传感、高分辨率成像和量子通信等领域的应用有一定参考价值。本论文的主要研究内容及结果如下:(1)推导了电子在相干态激光场中运动的Volkov态。利用类薛定谔方程,将激光场的相干态处理为Fock态的相干叠加,推导了相干态激光场中电子运动的本征态。(2)以上述Volkov态为中间态,在形式散射理论的框架内推导了高次谐波生成的跃迁矩阵元和产生速率的解析表达式。研究发现,相干态激光场中的高次谐波解析表达式和处于Fock态激光场中的高次谐波解析表达式相同,这表明我们得到的高次谐波的解析表达式有一定的普适性。(3)在Volkov态的基础上,借助微扰理论得到了相互作用系统的本征态。研究发现,系统的本征态由原子、激光场和谐波的本征态以不同的系数共同组成,其中权重系数由原子的电离跃迁矩阵元和谐波生成的矩阵元决定。我们采用相位Bessel函数开展研究,保留了量子跃迁的相位,是其它强场理论做不到的。(4)研究了高次谐波的统计性质及其随激光场的变化规律。借助体系的本征态,推导了高次谐波场的Mandel参数和压缩参数的解析表达式,在此基础上开展数值计算,得到了Mandel参数和压缩参数随谐波阶次和激光强度的变化。结果表明,不同阶次的高次谐波光子呈现亚泊松分布和压缩特性。
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