亚周期脉冲作用下原子布居数转移的载波——包络相位效应

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随着超快激光技术的发展,人们已经在实验室中多个频段上获得了单周期甚至亚周期的超短激光脉冲。而对于超短激光脉冲以及其与物质相互作用的研究也渐渐成为当今强场激光物理最活跃的研究课题之一。本学位论文以亚周期激光脉冲与原子相互作用时载波.包络相位的影响为中心,采用数值求解密度矩阵和含时薛定谔方程两种方法,主要研究了亚周期激光脉冲与原子相互作用时,不同脉冲参数(脉冲强度、脉宽、中心频率等等)下系统能级之间布居数的转移随载波-包络相位的变化。   首先,本文对于亚周期脉冲的时域描述进行了分析,引入了解析包络的矢势表达式作为亚周期脉冲表达式。这种表达式中不包含直流分量,并且频谱分布也不随载波-包络相位变化,因而是自洽的脉冲表达式。这一表达式的提出为研究亚周期脉冲与物质的相互作用提供了必要的基础。   其次,通过数值求解密度矩阵方程(忽略弛豫效应),研究二能级原子系统与亚周期脉冲的相互作用过程,对在不同的脉冲参数下,原子系统各能级之间布居数的转移与载波-包络相位之间的关系进行了详细的分析。我们发现原子系统的初始状态对布居数的转移有很大影响。与亚周期脉冲相互作用之后,相较于非相干原子,相干耦合二能级原子的布居数转移更加明显,而且其关于载波-包络相位的振荡周期也由π变为了2π。这些特性对于使用布居数转移来确定亚周期脉冲的载波-包络相位有很大的帮助。   为了对以上的结果进行进一步的验证,我们通过直接数值求解含时薛定谔方程,得到了原子基态和第一激发态之间布居数转移与亚周期脉冲载波-包络相位之间的关系。对比求解密度矩阵方程和含时薛定谔方程两种方法得到的结果,我们发现,二者非常相似。特别地,原子系统的相干性对于布居数转移的增强效应以及布居数转移关于载波-包络相位的振荡周期的变化都得到了进一步的证实。这些结果说明,对原子做二能级近似,在研究载波-包络相位与布居数转移的关系过程中是较为合理的。
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