基本内容

国内外对激光传输中偏振特性的问题已进行了广泛 研 究， O．Korotkova等 研 究 了 电 磁 高 斯－谢 尔模 型 （Electroma g netil Gauss －Schell Model ，EGSM） 光束在 自 由 空 间 传 输 中 的 偏 振 特 丁攀峰分析了光源横截面光场相关性（ 横向相干性） 对EGSM 光束自由空间传输中偏振态演变的影响．H．Ro y chowdhur y和 S．A．Ponomarenko等研究了 EGSM 光束 在 湍 流 大 气 中 水 平 传 输 时 偏 振 度的变化规律．B．Ghafar y等分析了部分相干平顶光束在湍流大气中水平传输时， 光束的偏振度、 方位角和椭圆度的变化情况． 杨帆等人研究了部分相干电磁平顶光束在湍流大气传输中偏振度、 相干度以及光谱特性的变化情况． 季小玲等分析出部分相干电磁厄米－高斯光束在湍流大气中水平传输时，影响 偏 振 度 变 化 的 各 个 因 素．M．Charnotskii对光波在大气湍流中传播研究方面常见的疏漏和误解等问题进行了阐述． 目前多数文献主要对部分偏振激光在湍流大气传输中的偏振特性进行研究， 很少对完全偏振激光光束进行详细研究．

椭圆偏振激光脉冲驱动的氢原子非次序双电离

原子和分子与强激光场的相互作用,产生了很多非线性物理现象,例如多光子电离,闽值上电离区、高次谐波的辐射和非次序双电离旧一等自从在实验上观测到非次序双电离现象以来,原子和分子在强激光场作用下非次序双电离过程对应的微观动力学已经成为强场物理领域的研究热点一等对原子在线偏振激光脉冲驱动下的双电离产率进行了精确测量,发现双电离产率对激光强度的依赖关系具有一个“膝盖”结构厄等利用一维含时一方法理论研究了原子的非次序双电离,计算结果显示了实验上的谱的“膝盖”结构等利用冷靶反冲离子动量谱仪观察到与激光偏振方向平行的动量谱的双峰结构,另外,他们得到原子与激光偏振方向平行的电子一电子动量谱,发现在闭值上非次序双电离中两个电子电离到同一方向的可能性最大巨等实验观测到原子在激光强度低于再碰撞闽值时,非次序双电离的关联电子末态纵向动量主要分布在二、四象限,离子纵向动量分布呈单峰结构,峰值位于零动量附近目前,被大家所认同的非次序双电离的物理机制能够由等即提出的准经典三步再碰撞模型理论来解释等阳实验观测到椭圆偏振激光脉冲驱动下双电离抑制现象,从而支持了三步再碰撞理论依据该理论,在激光场的作用下,处于基态的电子通过隧道电离到连续态,连续态的电子在激光场的驱动下加速,当激光场改变方向时,电子有可能返回到母核离子附近,如果与母核离子发生非弹性碰撞,导致第二个电子直接被电离或者被激发到激发态,当激光场再次达到峰值附近时通过隧道电离.

任意椭圆偏振激光场非线性汤姆逊散射

由于短波长X射线或伽马射线存在广泛的应用前景，近年来，基于非线性汤姆逊散射机制的新一代X射线源的研究备受关注，有文献称此为激光同步辐射源.其原理在于激光脉冲与高能电子束碰撞将在沿电子束方向产生X射线或伽马射线.如果激光脉冲的强度比较高，以至于有显著的高次谐波产生，又称之为非线性汤姆逊散射.在上世纪60年代初激光问世之时，研究人员就已经提出并实验证实了利用激光脉冲与高能电子束散射产生伽马射线的效应.然而，受制于当时的激光技术水平，主要是脉冲强度的制约，所产生的X射线的亮度极低，因此长期以来这方面的研究不够活跃.自上世纪80年代末啁啾脉冲放大技术出现以后，随着各项关键技术的突破，特别是脉冲激光强度的大幅提高，利用汤姆逊散射产生高亮度的X射线成为切实的研究课题.上世纪90年代初提出了基于背向汤姆逊散射机理的激光同步辐射源的设想.1994年Kim等人又提出利用90°汤姆逊散射产生X射线，并于1996年由Schoenlein等人实验证实.由于这种X射线源具有小型化、频率可调节、造价相对低廉，尤其是在商业、集成电路制造业、医疗、生物、物理等多个领域中广泛而重要的应用前景，因此受到了高度重视，研究兴趣激增.迄今，在全球范围内已展开了大量的研究。

椭圆偏振激光脉冲驱动的氙原子强场双电离

在强激光场与物质的相互作用下，产生了许多非线性物理现象，例如多光子电离、阈值上电离、高次谐波的辐射和强场双电离（DI）等。近几十年来，激光技术取得了很大发展，为强场作用下电子微观动力学的研究提供了有利条件。目前已经知道强场DI可以通过两个过程发生：次序双电离（SDI）和非次序双电离（NSDI）。其中SDI过程中两电子先后在激光场峰值附近电离，其电离过程相对独立并且没有碰撞发生，SDI对应的电离机制能够由隧道理论来解释；而NSDI过程相对复杂，因为电离过程有碰撞发生，NSDI对应的电离机制能够由Corkum提出的准经典三步再碰撞模型理论来解释，依据该理论，第一个电子在激光场峰值附近电离，然后在激光场的作用下加速，当激光场改变方向时，第一个电子可能返回到母核离子附近，如果发生非弹性碰撞，传递能量给第二个电子，最终将导致NSDI发生。近年来，原子在椭圆偏振激光脉冲驱动下的强场DI已经在实验上和理论上得到了研究。Pfeiffer等实验研究了Ar原子的SDI，发现沿激光偏振平面短轴方向的Ar2+动量谱对激光强度有强烈的依赖关系：在激光强度较低时呈现3个峰，在激光强度较高时则呈现4个峰；同时他们也测量了电子的电离时间。利用经典模型，Zhou等很好地重现了Pfeiffer等的实验结果。基于半经典模型理论，Shvetsov－Shilovski等研究指出当椭偏率较大时短量子轨道不再支配NSDI产率，而长量子轨道起到支配作用。利用经典系综模型，Wang等研究得出椭圆偏振激光脉冲驱动下原子NSDI过程仍然可以用再碰撞理论进行很好的解释，并且再碰撞过程是通过椭圆轨迹发生的。但目前为止，椭圆偏振激光脉冲驱动的原子强场DI在不同载波包络相位（CEP）下对应的微观动力学行为还没有得到研究，因此其过程仍然不清楚的。

理论方法

有文献对经典系综模型做了详细的描述，该模型已经被广泛地用来研究强场DI过程。在该模型中，每一电子对在空间中的运动由牛顿运动方程描述。E（t）为椭圆偏振激光场的场强，选择Xe原子作为研究对象是因为在椭圆偏振（或圆偏振）情况下，He原子、Ar原子等常研究的对象的非次序双电离率非常低，而Xe原子有比较大的NSDI产率。另外为了得到足够大的子系综，取ε=0．3。ex为激光偏振平面长轴方向，ey为激光偏振平面短轴方向。Vne（ri）和为了获得每一对电子的初始状态，先将两个电子分别放在（0．85，0）和（－0．85，0）的位置，在该位置Xe原子的势能为－1．0627a．u．，动能为0．1673a．u．。电子对的初始速度和方向是随机给定的，然后让电子对仅在库仑场的作用下自由运动，并让其运动足够长的时间（100a．u．），直到系综内所有的电子对均达到一个稳定的状态分布。在系综处于稳定状态后加入椭圆偏振激光场（脉冲持续时间为4个光周期），此时，每个电子对都在库仑场和激光场的共同作用下运动，其运动仍然由牛顿运动方程来描述。当激光场结束之后，检验每对电子的能量，如果两个电子的能量均大于零，表明发生了双电离。此时，电子的能量包括电子的动能，母核离子与电子之间的库仑势能以及电子与电子之间的相互作用势能。