橢圓偏振雷射

偏振特性是雷射光束的重要特性之一， 利用不同材料目標散射光的偏振特性差異， 可以有效地對目標進行探測與識別， 在此套用中一般採用完全偏振的雷射光束． 雷射光束通過湍流大氣傳輸時， 大氣折射率的隨機起伏會影響光束傳輸中的偏振特性，因而研究湍流對完全偏振雷射光束傳輸中偏振特性的影響對於偏振探測目標具有重要的意義．

基本介紹

• 中文名：橢圓偏振雷射
• 外文名：Elliptical polarizedlaser

國內外對雷射傳輸中偏振特性的問題已進行了廣泛 研 究， O．Korotkova等 研 究 了 電 磁 高 斯－謝 爾模 型 （Electroma g netil Gauss －Schell Model ，EGSM） 光束在 自 由 空 間 傳 輸 中 的 偏 振 特 丁攀峰分析了光源橫截面光場相關性（ 橫向相干性） 對EGSM 光束自由空間傳輸中偏振態演變的影響．H．Ro y chowdhur y和 S．A．Ponomarenko等研究了 EGSM 光束 在 湍 流 大 氣 中 水 平 傳 輸 時 偏 振 度的變化規律．B．Ghafar y等分析了部分相干平頂光束在湍流大氣中水平傳輸時， 光束的偏振度、 方位角和橢圓度的變化情況． 楊帆等人研究了部分相干電磁平頂光束在湍流大氣傳輸中偏振度、 相干度以及光譜特性的變化情況． 季小玲等分析出部分相干電磁厄米－高斯光束在湍流大氣中水平傳輸時，影響 偏 振 度 變 化 的 各 個 因 素．M．Charnotskii對光波在大氣湍流中傳播研究方面常見的疏漏和誤解等問題進行了闡述． 目前多數文獻主要對部分偏振雷射在湍流大氣傳輸中的偏振特性進行研究， 很少對完全偏振雷射光束進行詳細研究．

橢圓偏振雷射脈衝驅動的氫原子非次序雙電離

原子和分子與強雷射場的相互作用,產生了很多非線性物理現象,例如多光子電離,閩值上電離區、高次諧波的輻射和非次序雙電離舊一等自從在實驗上觀測到非次序雙電離現象以來,原子和分子在強雷射場作用下非次序雙電離過程對應的微觀動力學已經成為強場物理領域的研究熱點一等對原子線上偏振雷射脈衝驅動下的雙電離產率進行了精確測量,發現雙電離產率對雷射強度的依賴關係具有一個“膝蓋”結構厄等利用一維含時一方法理論研究了原子的非次序雙電離,計算結果顯示了實驗上的譜的“膝蓋”結構等利用冷靶反衝離子動量譜儀觀察到與雷射偏振方向平行的動量譜的雙峰結構,另外,他們得到原子與雷射偏振方向平行的電子一電子動量譜,發現在閉值上非次序雙電離中兩個電子電離到同一方向的可能性最大巨等實驗觀測到原子在雷射強度低於再碰撞閩值時,非次序雙電離的關聯電子末態縱向動量主要分布在二、四象限,離子縱向動量分布呈單峰結構,峰值位於零動量附近目前,被大家所認同的非次序雙電離的物理機制能夠由等即提出的準經典三步再碰撞模型理論來解釋等陽實驗觀測到橢圓偏振雷射脈衝驅動下雙電離抑制現象,從而支持了三步再碰撞理論依據該理論,在雷射場的作用下,處於基態的電子通過隧道電離到連續態,連續態的電子在雷射場的驅動下加速,當雷射場改變方向時,電子有可能返回到母核離子附近,如果與母核離子發生非彈性碰撞,導致第二個電子直接被電離或者被激發到激發態,當雷射場再次達到峰值附近時通過隧道電離.

任意橢圓偏振雷射場非線性湯姆遜散射

由於短波長X射線或伽馬射線存在廣泛的套用前景，近年來，基於非線性湯姆遜散射機制的新一代X射線源的研究備受關注，有文獻稱此為雷射同步輻射源.其原理在於雷射脈衝與高能電子束碰撞將在沿電子束方向產生X射線或伽馬射線.如果雷射脈衝的強度比較高，以至於有顯著的高次諧波產生，又稱之為非線性湯姆遜散射.在上世紀60年代初雷射問世之時，研究人員就已經提出並實驗證實了利用雷射脈衝與高能電子束散射產生伽馬射線的效應.然而，受制於當時的雷射技術水平，主要是脈衝強度的制約，所產生的X射線的亮度極低，因此長期以來這方面的研究不夠活躍.自上世紀80年代末啁啾脈衝放大技術出現以後，隨著各項關鍵技術的突破，特別是脈衝
雷射強度的大幅提高，利用湯姆遜散射產生高亮度的X射線成為切實的研究課題.上世紀90年代初提出了基於背向湯姆遜散射機理的雷射同步輻射源的構想.1994年Kim等人又提出利用90°湯姆遜散射產生X射線，並於1996年由Schoenlein等人實驗證實.由於這種X射線源具有小型化、頻率可調節、造價相對低廉，尤其是在商業、積體電路製造業、醫療、生物、物理等多個領域中廣泛而重要的套用前景，因此受到了高度重視，研究興趣激增.迄今，在全球範圍內已展開了大量的研究。

橢圓偏振雷射脈衝驅動的氙原子強場雙電離

在強雷射場與物質的相互作用下，產生了許多非線性物理現象，例如多光子電離、閾值上電離、高次諧波的輻射和強場雙電離（DI）等。近幾十年來，雷射技術取得了很大發展，為強場作用下電子微觀動力學的研究提供了有利條件。目前已經知道強場DI可以通過兩個過程發生：次序雙電離（SDI）和非次序雙電離（NSDI）。其中SDI過程中兩電子先後在雷射場峰值附近電離，其電離過程相對獨立並且沒有碰撞發生，SDI對應的電離機制能夠由隧道理論來解釋；而NSDI過程相對複雜，因為電離過程有碰撞發生，NSDI對應的電離機制能夠由Corkum提出的準經典三步再碰撞模型理論來解釋，依據該理論，第一個電子在雷射場峰值附近電離，然後在雷射場的作用下加速，當雷射場改變方向時，第一個電子可能返回到母核離子附近，如果發生非彈性碰撞，傳遞能量給第二個電子，最終將導致NSDI發生。近年來，原子在橢圓偏振雷射脈衝驅動下的強場DI已經在實驗上和理論上得到了研究。Pfeiffer等實驗研究了Ar原子的SDI，發現沿雷射偏振平面短軸方向的Ar2+動量譜對雷射強度有強烈的依賴關係：在雷射強度較低時呈現3個峰，在雷射強度較高時則呈現4個峰；同時他們也測量了電子的電離時間。利用經典模型，Zhou等很好地重現了Pfeiffer等的實驗結果。基於半經典模型理論，Shvetsov－Shilovski等研究指出當橢偏率較大時短量子軌道不再支配NSDI產率，而長量子軌道起到支配作用。利用經典系綜模型，Wang等研究得出橢圓偏振雷射脈衝驅動下原子NSDI過程仍然可以用再碰撞理論進行很好的解釋，並且再碰撞過程是通過橢圓軌跡發生的。但目前為止，橢圓偏振雷射脈衝驅動的原子強場DI在不同載波包絡相位（CEP）下對應的微觀動力學行為還沒有得到研究，因此其過程仍然不清楚的。

理論方法

有文獻對經典系綜模型做了詳細的描述，該模型已經被廣泛地用來研究強場DI過程。在該模型中，每一電子對在空間中的運動由牛頓運動方程描述。E（t）為橢圓偏振雷射場的場強，選擇Xe原子作為研究對象是因為在橢圓偏振（或圓偏振）情況下，He原子、Ar原子等常研究的對象的非次序雙電離率非常低，而Xe原子有比較大的NSDI產率。另外為了得到足夠大的子系綜，取ε=0．3。ex為雷射偏振平面長軸方向，ey為雷射偏振平面短軸方向。Vne（ri）和為了獲得每一對電子的初始狀態，先將兩個電子分別放在（0．85，0）和（－0．85，0）的位置，在該位置Xe原子的勢能為－1．0627a．u．，動能為0．1673a．u．。電子對的初始速度和方向是隨機給定的，然後讓電子對僅在庫侖場的作用下自由運動，並讓其運動足夠長的時間（100a．u．），直到系綜內所有的電子對均達到一個穩定的狀態分布。在系綜處於穩定狀態後加入橢圓偏振雷射場（脈衝持續時間為4個光周期），此時，每個電子對都在庫侖場和雷射場的共同作用下運動，其運動仍然由牛頓運動方程來描述。當雷射場結束之後，檢驗每對電子的能量，如果兩個電子的能量均大於零，表明發生了雙電離。此時，電子的能量包括電子的動能，母核離子與電子之間的庫侖勢能以及電子與電子之間的相互作用勢能。