混合气体发射高次谐波的干涉效应

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随着激光技术的快速发展,强场物理的研究引起人们越来越多的关注,许多非线性光学现象,如高次谐波、非序列双电离和阈上电离等在实验上已经观察到了。强激光场与原子或分子气体相互作用会产生相干辐射,其中辐射光的频率是入射光频率的整数倍,这种相干辐射就是高次谐波。在理论计算或者实验观察中,高次谐波的产生可以分为两个过程:单原子在激光场中的非线性响应——单原子响应;激光场和谐波场在介质中的传播效应——宏观响应,并满足相位匹配条件。单原子响应的物理机制可以用Corkum提出的“三步模型”解释,宏观响应可以用激光场和谐波场的三维麦克斯韦方程描述。  在本文中,在低激光强度、低压强(或低原子密度)和薄的气体靶的情况下,我们可以忽略介质对激光场的色散和吸收效应及自由电子对激光场的影响,即认为激光场在真空中传播。同时,介质对高次谐波的色散和吸收效应也都可以忽略,谐波场传播的“源”项可以用在强场近似下的单原子响应表示。若在气体靶出射表面处收集高次谐波,则得到高次谐波的宏观响应。在该模型下,首先,我们数值模拟了混合气体(He和Ne)产生的高次谐波,并观察到了与实验相符的干涉效应现象;然后分析了发生干涉效应的原因是由气体He和Ne发射的谐波场相位差决定;最后,我们发现高次谐波的干涉效应与混合气体比例有关,对于特定阶次谐波的干涉效应在相同激光强度下随气体比例变化而变化;通过增强激光强度,观察到干涉相消的低阶谐波区域变化不大,而干涉相长的高阶谐波区域有明显的拓展,在高次谐波的截止位置附近处,发生最强干涉相长的混合气体比例是:He占混合气体比例的85%。
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