固体高次谐波的复杂再碰撞动力学分析

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高次谐波的出现极大的推动了超快光学乃至整个物理学的研究发展。它不仅为我们提供了通过合成孤立阿秒脉冲去探测更快的电子动力学的手段,也为我们通过谐波谱了解微观世界提供了一种新的工具。在过去的几十年中,研究人员主要关注高次谐波在气体靶中的产生。得益于激光技术的不断发展,人们逐渐将注意力转移到密度更高的固体材料上。当前,对于固体谐波的产生机制仍在不断探索。其中,实空间再碰撞模型和k空间三步模型这两种半经典模型都获得了极大的成功,受到了广泛的应用。而且,这两种模型分别在不同的量子模型中被验证有效。然而,这两种方法哪一种更适用于真实固体环境还未可知。此外,目前人们已经逐渐意识到了固体高次谐波具有着比气体高次谐波更加复杂的动力学过程。但是这种复杂性的来源还不清楚。基于以上的问题,我们通过含时密度泛函理论模拟了激光与固体的相互作用,并通过将实空间再碰撞模型拓展到多带研究了固体谐波复杂的动力学过程。首先,我们将目前仅适用于两带的实空间再碰撞模型拓展至多带情况。并通过多带再碰撞模型和k空间三步模型(加速度理论)所计算出的经典轨迹与含时密度泛函理论给出的时频分析的结果进行对比,确定了多带实空间再碰撞模型在固体谐波分析中的正确性,并由此确定了电子和空穴的实空间再碰撞是固体带间谐波产生的基本机制之一。其次,我们利用多带再碰撞模型分别研究了动态布洛赫振荡发生前后固体谐波产生的超快动力学过程。在超快动力学的分析中,我们给出了固体带间谐波具有更加复杂动力学过程的原因。这是由于速度反转在固体谐波的产生中扮演了重要的角色。在原子分子高次谐波的产生中,一个光周期内,电子只有两次机会发生速度反转,而在固体谐波的产生中,这种速度反转的概率被大大增加,由此产生了更加复杂的量子路径和复杂的电子动力学过程。此外,退相位效应对固体谐波超快动力学的影响也被研究,我们发现退相位效应并没有显著改变固体谐波的量子路径和电子动力学过程。最后,我们也通过多带的再碰撞模型,研究了固体谐波阶次和截止能量与电子的迁移距离的关系。结果表明,这种关系是非常复杂的,是路径依赖的。本文对固体谐波产生的超快动力学过程进行了细致的分析,为人们提供了一个更加清晰的固体谐波多平台复杂电子动力学的认识。更重要的,我们的工作为人们通过操控激光电场改变固体谐波产生的超快动力学过程,从而获得孤立阿秒脉冲提供了理论基础。
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