单个阿秒光脉冲产生方法的研究

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阿秒光脉冲物理题

阿秒光脉冲物理题题目：阿秒光脉冲阿秒光脉冲是一种极短时间内的光脉冲，其持续时间在阿秒（10^-18秒）级别。

这种脉冲在物理、化学和生物等领域有广泛的应用。

本题将探讨阿秒光脉冲的产生、特性和应用。

一、阿秒光脉冲的产生阿秒光脉冲的产生主要依赖于高次谐波产生（HHG）技术。

这种技术利用强激光与气体或固体中的原子或分子相互作用，产生高次谐波。

通过控制激光脉冲的波形和强度，可以生成特定波长和持续时间的阿秒光脉冲。

二、阿秒光脉冲的特性1. 极短持续时间：阿秒光脉冲的持续时间在阿秒级别，远小于其他光脉冲，因此具有极高的时间分辨率。

2. 高强度：由于阿秒光脉冲的短持续时间和高频率，其光强度极高，可达到10^14 W/cm^2级别。

3. 宽光谱范围：阿秒光脉冲可以覆盖从紫外到可见光的宽光谱范围，为多波段光谱分析提供了可能。

4. 偏振特性：阿秒光脉冲具有高度的线偏振特性，有利于某些物理和化学过程的探测和研究。

三、阿秒光脉冲的应用1. 原子分子动力学：阿秒光脉冲可用于研究原子和分子的超快动力学过程，如电子跃迁、化学键断裂等。

2. 高速成像：阿秒光脉冲可用于实现高速成像，记录瞬时物理和化学过程。

3. 光学频率梳：阿秒光脉冲可用于生成光学频率梳，用于精确测量和校准光学频率。

4. 超快全息术：阿秒光脉冲可用于超快全息术，实现高分辨率和高帧率的全息成像。

四、展望未来随着阿秒科学和技术的发展，阿秒光脉冲的应用前景将更加广阔。

未来，阿秒光脉冲有望在更多领域发挥重要作用，如生物医学成像、量子信息处理等。

同时，随着技术的进步，阿秒光脉冲的持续时间有望进一步缩短，为更深入的物理和化学过程研究提供可能。

阿秒量级光脉冲的实验方法

实验方法主要包括以下几个步骤：
激光系统选择：选择能够产生阿秒量级光脉冲的激光器，常见的有飞秒激光器（femtosecond laser）和飞秒光纤激光器（fiber femtosecond laser）等。

光脉冲压缩：通过使用光学非线性效应将光脉冲进行压缩，以获得更短的脉冲宽度。

常用的压缩方法包括福克-哥里亚转换（FROG）和自相关（autocorrelation）等。

光脉冲测量：通过使用阿秒级离散自相关（ASD，asymmetric spectral dispersion）技术或阿秒级频率梳（AFS，asymmetric frequency comb）技术，对光脉冲的波形和频谱进行测量和分析。

光脉冲调控：根据实验需求，使用光学元件（如光栅、衍射片、非线性晶体等）对光脉冲进行调控，以实现所需的光参数和光学效果。

光脉冲应用：根据实际需求，将阿秒光脉冲应用于不同的实验领域，如超快光谱学、材料科学、量子光学、生物医学研究等。

需要注意的是，阿秒量级光脉冲的实验方法包含复杂的光学设备和技术，需要专业知识和丰富的经验来进行操作和分析。

阿秒激光原理

阿秒激光原理阿秒激光是一种在激光技术中非常重要的概念，它指的是一种极短脉冲激光，其脉冲宽度在阿秒级别（1阿秒等于10的负18次方秒）。

阿秒激光的原理基于光的量子特性以及激光的产生原理。

激光是一种特殊的光，它与普通光相比具有高度相干性、方向性和单色性。

激光的产生是通过光的受激辐射过程实现的，即通过激发原子或分子使其跃迁到高能级，然后再通过受激辐射的过程使其返回到低能级时释放出激光。

阿秒激光的产生是通过超快脉冲激光器实现的。

超快脉冲激光器是一种能够产生极短脉冲的激光器，其脉冲宽度可以达到阿秒级别。

超快脉冲激光器的工作原理是通过超快脉冲激光源产生高度相干的激光脉冲，然后通过一系列光学器件对脉冲进行调整和放大，最终得到阿秒脉冲。

阿秒激光的产生依赖于一种特殊的光学器件——阿秒激光器。

阿秒激光器通常由一个光学放大器、一个光学频率转换器和一个光学压缩器组成。

光学放大器用于放大激光脉冲的能量，光学频率转换器用于将激光脉冲的频率转换到所需的范围，光学压缩器用于压缩激光脉冲的宽度。

通过这些光学器件的组合和调整，可以实现阿秒激光的产生。

阿秒激光的应用非常广泛。

由于其极短的脉冲宽度，阿秒激光可以实现对物质的高分辨率成像，用于生物医学和材料科学等领域的研究；同时，阿秒激光还可以用于超快动力学研究，探测和研究物质的超快动态过程；此外，阿秒激光还可以用于激光切割、激光打孔和激光刻蚀等材料加工领域。

总结起来，阿秒激光是一种极短脉冲激光，其产生依赖于超快脉冲激光器和阿秒激光器。

阿秒激光具有高度相干性和方向性，广泛应用于生物医学、材料科学、超快动力学和材料加工等领域。

阿秒激光的研究和应用将进一步推动激光技术的发展，为人类带来更多的科学和技术进步。

阿秒脉冲串产生和相位信息重构的对比研究

阿秒脉冲串产生和相位信息重构的对比研究
朱孝先;高亦谈;王羡之;王一鸣;王佶;王兆华;赵昆;魏志义
【期刊名称】《物理学报》
【年(卷),期】2024(73)12
【摘要】阿秒脉冲为研究原子、分子和电子的超快动力学提供了前所未有的测量精度.目前最成熟的方法是使用飞秒激光与气体相互作用产生阿秒脉冲串和孤立阿秒脉冲.阿秒脉冲的时域信息以及电子的动力学信息可以通过阿秒条纹相机或基于双光子跃迁干涉的重构阿秒拍频(RABBITT)方法从能谱图中提取.本文研究了阿秒脉冲串的产生、测量和表征,通过自主设计建造的钛宝石放大器和阿秒束线进行实验获得光电子能谱图,并采用不同方法重构阿秒脉冲串的相位信息.这对于深入理解电子动力学并进行相关测量具有重要意义.
【总页数】10页(P126-135)
【作者】朱孝先;高亦谈;王羡之;王一鸣;王佶;王兆华;赵昆;魏志义
【作者单位】中国科学院物理研究所;中国科学院大学;松山湖材料实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN9
【相关文献】
1.中红外激光相位测量及阿秒脉冲的产生
2.双色场中驱动脉冲相位对产生高次谐波和超短阿秒脉冲的影响
3.飞秒光脉冲基于交叉相位调制的压缩脉冲对的产生
4.皮
秒类提升脉冲串的产生与传输5.基于法布里-珀罗腔产生飞秒激光脉冲串在硅表面诱导高质量亚波长周期条纹(特邀)
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2023-2024学年湖北省黄冈市八年级(上)期末数学试卷+答案解析

2023-2024学年湖北省黄冈市八年级（上）期末数学试卷一、选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。

在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。

1.下列图案中，属于轴对称图形的是( )A. B. C. D.2.当分式的值为零时，( )A. 1B. 3C.D.3.点关于x轴对称的点的坐标为( )A. B. C. D.4.瑞典皇家科学院10月3日宣布，将2023年诺贝尔物理学奖授予皮埃尔阿戈斯蒂尼、费伦茨克劳斯和安妮吕利耶三位科学家，以表彰他们“为研究物质中的电子动力学而产生阿秒光脉冲的实验方法”.在这三位科学家的努力下，光脉冲已经可以达到阿秒级阿秒就是十亿分之一秒的十亿分之一，即秒.用科学记数法表示该数是( )A. B. C. D.5.分式与的最简公分母是( )A. B. C. D.6.下列从左到右的变形是因式分解的是A. B.C. D.7.如图，在中，，，D是BC的中点，EF垂直平分AB，交AB于点E，交AC于点F，在EF上确定一点P，使最小，则这个最小值为( )A. 10B. 11C. 12D. 138.在平面直角坐标系中有一点，连接OP，在x轴上找一点Q，使是以OP为腰的等腰三角形，则点Q的坐标不能是( )A.B.C.D.二、填空题：本题共8小题，每小题3分，共24分。

9.计算：______.10.已知，则______.11.已知一个多边形的每个外角都是，则这个多边形的边数为______.12.中，，，则BC边的中线AD的取值范围是______.13.如图，在平面直角坐标系xOy中，为等腰三角形，，轴，若，，则点B的坐标为______.14.如图，在中，，点D在AC上，将沿BD折叠，点A落在BC上的点E处，若，则的度数为______.15.若关于x的一元一次不等式组至少有2个整数解，且关于y的分式方程有非负整数解，则所有满足条件的整数a的值之和是______.16.定义：如果一个正整数能表示为两个正整数m，n的平方差，且，则称这个正整数为“智慧优数”.例如，，16就是一个“智慧优数”，可以利用进行研究.若将“智慧优数”从小到大排列，则第4个“智慧优数”是______，第23个智慧优数是______.三、解答题：本题共8小题，共72分。

2024年高考北京物理试题+答案详解

2024年高考北京物理试题+答案详解（试题部分）本试卷分第一部分和第二部分．满分100分，考试时间90分钟．第一部分本部分共14小题，每小题3分，共42分．在每小题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项．1．已知钍234的半衰期是24天.1g钍234经过48天后，剩余钍234的质量为（）A．0g B．0.25g C．0.5g D．0.75g2．一辆汽车以10m/s的速度匀速行驶，制动后做匀减速直线运动，经2s停止，汽车的制动距离为（）A．5m B．10m C．20m D．30m3．一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气体，且气体分子个数不变，外界大气压不变．在上浮过程中气泡内气体（）A．内能变大B．压强变大C．体积不变D．从水中吸热4．如图所示，飞船与空间站对接后，在推力F作用下一起向前运动．飞船和空间站的质量分别为m和M，则飞船和空间站之间的作用力大小为（）A．M FM m+B．m FM m+C．M FmD．m FM5．如图甲所示，理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上，输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示，副线圈接规格为“6V，3W”的灯泡．若灯泡正常发光，下列说法正确的是（）A．原线圈两端电压的有效值为B．副线圈中电流的有效值为0.5AC．原、副线圈匝数之比为1∶4D．原线圈的输入功率为12W6．如图所示，线圈M和线圈P绕在同一个铁芯上，下列说法正确的是（）A．闭合开关瞬间，线圈M和线圈P相互吸引B．闭合开关，达到稳定后，电流表的示数为0C．断开开关瞬间，流过电流表的电流方向由a到bD．断开开关瞬间，线圈P中感应电流的磁场方向向左7．如图所示，光滑水平轨道AB与竖直面内的光滑半圆形轨道BC在B点平滑连接．一小物体将轻弹簧压缩至A点后由静止释放，物体脱离弹簧后进入半圆形轨道，恰好能够到达最高点C．下列说法正确的是（）A．物体在C点所受合力为零B．物体在C点的速度为零C．物体在C点的向心加速度等于重力加速度D．物体在A点时弹簧的弹性势能等于物体在C点的动能8．将小球竖直向上抛出，小球从抛出到落回原处的过程中，若所受空气阻力大小与速度大小成正比，则下列说法正确的是（）A．上升和下落两过程的时间相等B．上升和下落两过程损失的机械能相等C．上升过程合力的冲量大于下落过程合力的冲量D．上升过程的加速度始终小于下落过程的加速度9．图甲为用手机和轻弹簧制作的一个振动装置．手机加速度传感器记录了手机在竖直方向的振动情况，以向上为正方向，得到手机振动过程中加速度a随时间t变化的曲线为正弦曲线，如图乙所示．下列说法正确的是（）A ．0t =时，弹簧弹力为0B ．1 6.2s =时，手机位于平衡位置上方C ．从0t =至0.2s t =，手机的动能增大D ．a 随t 变化的关系式为24sin(2.5π)m /sa t =10．水平传送带匀速运动，将一物体无初速度地放置在传送带上，最终物体随传送带一起匀速运动．下列说法正确的是（）A ．刚开始物体相对传送带向前运动B ．物体匀速运动过程中，受到静摩擦力C ．物体加速运动过程中，摩擦力对物体做负功D ．传送带运动速度越大，物体加速运动的时间越长11．如图所示，两个等量异种点电荷分别位于M 、N 两点，P 、Q 是MN 连线上的两点，且MP QN =．下列说法正确的是（）A ．P 点电场强度比Q 点电场强度大B ．P 点电势与Q 点电势相等C ．若两点电荷的电荷量均变为原来的2倍，P 点电场强度大小也变为原来的2倍D ．若两点电荷的电荷量均变为原来的2倍，P 、Q 两点间电势差不变12．如图所示为一个加速度计的原理图．滑块可沿光滑杆移动，滑块两侧与两根相同的轻弹簧连接；固定在滑块上的滑动片M 下端与滑动变阻器R 接触良好，且不计摩擦；两个电源的电动势E 相同，内阻不计．两弹簧处于原长时，M 位于R 的中点，理想电压表的指针位于表盘中央．当P 端电势高于Q 端时，指针位于表盘右侧．将加速度计固定在水平运动的被测物体上，则下列说法正确的是（）A ．若M 位于R 的中点右侧，P 端电势低于Q 端B ．电压表的示数随物体加速度的增大而增大，但不成正比C ．若电压表指针位于表盘左侧，则物体速度方向向右D ．若电压表指针位于表盘左侧，则物体加速度方向向右13．产生阿秒光脉冲的研究工作获得2023年的诺贝尔物理学奖，阿秒（as ）是时间单位，181as 110s -=⨯，阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光，提供了阿秒量级的超快“光快门”，使探测原子内电子的动态过程成为可能．设有一个持续时间为100as 的阿秒光脉冲，持续时间内至少包含一个完整的光波周期．取真空中光速83.010m /s c =⨯，普朗克常量346.610J s h -=⨯⋅，下列说法正确的是（）A ．对于0.1mm 宽的单缝，此阿秒光脉冲比波长为550nm 的可见光的衍射现象更明显B ．此阿秒光脉冲和波长为550nm 的可见光束总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更多C ．此阿秒光脉冲可以使能量为1813.6eV(2.210J ---⨯的基态氢原子电离D ．为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期14．电荷量Q 、电压U 、电流I 和磁通量Φ是电磁学中重要的物理量，其中特定的两个物理量之比可用来描述电容器、电阻、电感三种电磁学元件的属性，如图所示．类似地，上世纪七十年代有科学家预言Φ和Q 之比可能也是一种电磁学元件的属性，并将此元件命名为“忆阻器”，近年来实验室已研制出了多种类型的“忆阻器”．由于“忆阻器”对电阻的记忆特性，其在信息存储、人工智能等领域具有广阔的应用前景．下列说法错误的是（）A．QU的单位和ΦI的单位不同B．在国际单位制中，图中所定义的M的单位是欧姆C．可以用IU来描述物体的导电性质D．根据图中电感L的定义和法拉第电磁感应定律可以推导出自感电动势的表达式I E LM∆=∆第二部分本部分共6小题，共58分．15．（8分）（1）某同学测量玻璃的折射率，作出了如图1所示的光路图，测出了入射角i和折射角r，则此玻璃的折射率n=___________________．图1（2）用如图2所示的实验装置探究影响感应电流方向的因素．如图3所示，分别把条形磁体的N极或S极插入、拔出螺线管，观察并标记感应电流的方向．图2图3关于本实验，下列说法正确的是____________（填选项前的字母）．A．需要记录感应电流的大小B．通过观察电流表指针的偏转方向确定感应电流的方向C．图3中甲和乙表明，感应电流的方向与条形磁体的插入端是N极还是S极有关（3）某兴趣小组利用铜片、锌片和橘子制作了水果电池，并用数字电压表（可视为理想电压表）和电阻箱测量水果电池的电动势E和内阻r，实验电路如图4所示．连接电路后，闭合开关S，多次调节电阻箱的阻值R，记录电压表的读数U，绘出图像，如图5所示，可得：该电池的电动势E=____________V，内阻r=________kΩ．（结果保留两位有效数字）图4图516．（10分）如图甲所示，让两个小球在斜槽末端碰撞来验证动量守恒定律．（1）关于本实验，下列做法正确的是____________（填选项前的字母）．A ．实验前，调节装置，使斜槽末端水平B ．选用两个半径不同的小球进行实验C ．用质量大的小球碰撞质量小的小球（2）图甲中O 点是小球抛出点在地面上的垂直投影，首先，将质量为1m 的小球从斜槽上的S 位置由静止释放，小球落到复写纸上，重复多次．然后，把质量为2m 的被碰小球置于斜槽末端，再将质量为1m 的小球从S 位置由静止释放，两球相碰，重复多次．分别确定平均落点，记为M 、N 和P （P 为1m 单独滑落时的平均落点）．a ．图乙为实验的落点记录，简要说明如何确定平均落点；b ．分别测出O 点到平均落点的距离，记为OP 、OM 和ON ．在误差允许范围内，若关系式____________成立，即可验证碰撞前后动量守恒．（3）受上述实验的启发，某同学设计了另一种验证动量守恒定律的实验方案．如图丙所示，用两根不可伸长的等长轻绳将两个半径相同、质量不等的匀质小球悬挂于等高的O 点和O 点，两点间距等于小球的直径．将质量较小的小球1向左拉起至A 点由静止释放，在最低点B 与静止于C 点的小球2发生正碰．碰后小球1向左反弹至最高点A '，小球2向右摆动至最高点D ．测得小球1，2的质量分别为m 和M ，弦长1AB l =、23A B l CD l '==、．推导说明，m 、M 、1l 、2l 、3l 满足什么关系即可验证碰撞前后动量守恒．17．（9分）如图所示，水平放置的排水管满口排水，管口的横截面积为S ，管口离水池水面的高度为h ，水在水池中的落点与管口的水平距离为d ．假定水在空中做平抛运动，已知重力加速度为g ，h 远大于管口内径．求：（1）水从管口到水面的运动时间t ；（2）水从管口排出时的速度大小0v ；（3）管口单位时间内流出水的体积Q ．18．（9分）如图甲所示为某种“电磁枪”的原理图．在竖直向下的匀强磁场中，两根相距L 的平行长直金属导轨水平放置，左端接电容为C 的电容器，一导体棒放置在导轨上，与导轨垂直且接触良好，不计导轨电阻及导体棒与导轨间的摩擦．已知磁场的磁感应强度大小为B ，导体棒的质量为m 、接入电路的电阻为R ．开关闭合前电容器的电荷量为Q ．（1）求闭合开关瞬间通过导体棒的电流I ；（2）求闭合开关瞬间导体棒的加速度大小a ；（3）在图乙中定性画出闭合开关后导体棒的速度v 随时间t 的变化图线．19．（10分）科学家根据天文观测提出宇宙膨胀模型：在宇宙大尺度上，所有的宇宙物质（星体等）在做彼此远离运动，且质量始终均匀分布，在宇宙中所有位置观测的结果都一样．以某一点O 为观测点，以质量为m 的小星体（记为P ）为观测对象．当前P 到O 点的距离为0r ，宇宙的密度为0ρ．（1）求小星体P 远离到02r 处时宇宙的密度ρ；（2）以O 点为球心，以小星体P 到O 点的距离为半径建立球面．P 受到的万有引力相当于球内质量集中于O 点对P 的引力．已知质量为1m 和2m 、距离为R 的两个质点间的引力势能12p m m E G R=-，G 为引力常量．仅考虑万有引力和P 远离O 点的径向运动．a ．求小星体P 从0r 处远离到02r 。

通过“灯塔效应”产生的孤立阿秒脉冲拍摄电子运动

通常情况下，这些设计是依靠空
通过 “ 塔效应＂灯产生的孤立阿秒脉冲
拍摄电子运动
法国和加拿大的物理学家
过变形诱使其波前超高速旋转，于是光束与物质的相互作用就
可以产生一系列单一的阿秒角
下的激光点
通过超强激光束与物质之
种极差的光发射体。
研究人员计划通过缩小激光器间的相互作用可产生阿秒脉冲，但由此形成的爆发式光脉冲并 “ 成硅／Ⅲ一集Ｖ族半导体激尺寸来进一步完善该装置。
一
个单一的阿秒脉冲组成， ” 过一个窄角，然后回到激光器装运动。２１５月，研究小组０２年该ｕｒ置。装置另一端的反射镜由与在圣何塞举办的激光器与光电Ｑ６６说。
一
按照研究人员的说法，以与空气之间的界面形成，而使激学会议（ＬＯ２１）对该技从ＣＥ０２上前制作孤立阿秒脉冲的方法相光辐射能够离开装置。术进行了描述。比，秒灯塔效应颇有优势。阿制造激光器装置需要３０多在化学反应过程中，电子交Ｑ６ｕｒ，阿秒灯塔效应是到６说 “ 个经过精心设计的高精度工序。
第４期
出电动 Ⅲ．Ｖ族半导体激光和装
在硅芯片上的新型腔镜—— 这标志着向光学数据互连迈进了

采用较长脉宽双色场获得孤立阿秒脉冲的开题报告

采用较长脉宽双色场获得孤立阿秒脉冲的开题报告摘要近年来，孤立阿秒脉冲已成为超快光学研究领域中的热门话题。

得益于其超短的脉冲宽度和高峰值功率，阿秒脉冲在材料科学、生物医学等领域具有广泛的应用前景。

尽管阿秒脉冲的制备方法已经有所发展，但是由于阿秒脉冲的高峰值功率和宽频率特性，需要采用较长脉宽双色场来实现，这也成为阿秒脉冲的制备难点之一。

本论文将研究采用较长脉宽双色场实现孤立阿秒脉冲的方法。

引言阿秒脉冲的制备早在1991年就已有报道，自此引起了广泛的关注。

随着科技的发展，阿秒脉冲的制备方法不断地发展和优化。

现在，已经有多种制备阿秒脉冲的方法，例如基于高次谐波产生的方法、利用红外光场和低频驱动场进行菲涅尔叠加干涉的方法等。

但是，这些方法都需要采用高峰值功率的激光，以及高精度的光学器件和高质量的激光束。

这一点限制了阿秒脉冲的应用范围和实现难度。

近年来，一种新的方法出现了，即采用较长脉宽双色场来获得孤立阿秒脉冲。

与传统的制备阿秒脉冲方法相比，这种方法具有一定的优势。

首先，这种方法可以使用低峰值功率的激光，从而大大降低了成本。

其次，这种方法采用的光学器件相对简单，易于操作。

因此，采用较长脉宽双色场来获得孤立阿秒脉冲的方法具有广泛的应用前景。

本论文将研究采用较长脉宽双色场实现孤立阿秒脉冲的方法，并探究其制备原理和应用前景。

研究内容1. 双色场的原理双色场是指由两个不同频率的激光波组成的复合光场。

双色场在材料科学、生物医学和光电子学等领域具有广泛的应用。

双色场的制备方法主要有两种，即非相干叠加法和相干叠加法。

非相干叠加法的特点是简单，但双色场中的两个波之间没有相位关系，双色场的效果受到限制。

相干叠加法的特点是稳定，双色场中的两个波之间有相位关系，能够实现更复杂的光学器件的运用。

2. 获得孤立阿秒脉冲的原理阿秒脉冲的制备过程中，需要采用较长脉宽的激光波来实现。

较长脉宽的激光波在材料中传播过程中会产生色散，导致脉冲宽度变宽，从而影响阿秒脉冲的产生。

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单个阿秒光脉冲产生方法研究自动化学院杨梅 201422070125摘要：阿秒光脉冲可以作为超快测量的探针，将成为一种非常有潜力的测量手段。

阿秒脉冲产生方法有多种，本题目主要研究其中的激光与等离子体相互作用产生阿秒光脉冲的方法。

通常产生的阿秒光脉冲都是脉冲链，而测量中可能需要单个阿秒脉冲，因此本研究主要探索单个阿秒脉冲产生的方法。

本研究主要利用PIC粒子模拟方法研究超强激光与等离子体作用时阿秒脉冲产生机制，进而探索如何通过对激光和等离子体的控制实现单个阿秒光脉冲。

本文主要得到如下成果：研究了同一光强时，不同等离子体密度下的谐波辐射，研究发现密度增加时产生的阿秒脉冲对比度提高关键词：高次谐波，等离子体，阿秒脉冲，超短脉冲激光Abstract：Generation of high-order harmonics from laser-matter interaction is an important method to produce attosecond pulse. In the interaction of laser pulses with the surface of plasma, ultra-short wavelength radiation can be generated to obtain attosecond light pulse. Thus, laser-driven high-order harmonic generation is a hot topic in the high-field laser physics. In this thesis, we analyze the interaction of strong laser pulse with solid density plasma surface, and study the characteristics of high-order harmonic radiation using numerical methods with a PIC simulation. The main results are as follows: Harmonic generation with the same intensity, different plasma densities is studied. We find that the contrast ratio of the atto-second laser puase is improved when the density of the target is increased; We also analyze the mechanism of the generation of the quasi-single attosecond pulse and we conclude that it is in relation with the damage to the structure of the the target.Keywords: high-order harmonics, plasma, attosecond pulse, ultra-short laser pulse1. 绪论1.1阿秒光脉冲随着超快光学的快速发展，最近的研究已经进入阿秒的领域，同时也是对亚飞秒技术的延伸。

它将会用来探究更短的时间尺度内电子在原子和分子内的动力学行为。

通过使用飞秒激光脉冲与气体或等离子体的相互作用而产生的高次谐波是一种潜在的产生这样的超短相干辐射脉冲的方法。

阿秒脉冲链的产生源激光与气体间的相互作用获得的高次谐波已经在理论和实验研究上建立起来。

不幸的是，气体谐波的强度不高，而提高气体谐波强度并用更高强度的激光延长谐波到更高的级次都因为电离介质时的消耗而无法实现。

与气体介质不同，等离子体介质具有较强的非线性，并能承受更高的领域。

通过激光与等离子体相互作用获得的高次谐波得到的强度比通过激光与气体相互作用获得的要高得多。

因此，通过激光与等离子体间的作用产生高强度的阿秒脉冲是一种很有前途的方法。

2.研究内容与方法2.1研究内容阿秒光脉冲可以作为超快测量的探针，例如有可能可以测量原子核内电子的运动，将成为一种非常有潜力的测量手段。

阿秒脉冲产生方法有多种，本题目主要研究其中的激光与等离子体相互作用产生阿秒光脉冲的方法。

通常产生阿秒光脉冲都是脉冲链，而测量中可能需要单个阿秒脉冲，因此本研究主要探索单个阿秒脉冲产生的方法。

本研究主要利用PIC粒子模拟方法研究超强激光与等离子体作用时阿秒脉冲产生机制，进而探索如何通过对激光和等离子体的控制实现单个阿秒光脉冲。

2.2研究目的目前通常的阿秒脉冲通常为阿秒脉冲链，而单个阿秒脉冲在探测中更具有优势。

因此该课题研究单个阿秒光脉冲产生的方法。

2.3研究思路首先通过激光与等离子体相互作用产生高次谐波，从而得到单个阿秒脉冲，得到单个阿秒脉冲后，进一步研究光强，等离子体密度，延迟时间对产生单个阿秒脉冲的影响。

3.模拟结果与分析本章首先介绍激光作用于固体等离子体表面产生高次谐波的理论模拟参数，然后介绍模拟结果并对其进行分析。

我们采用PIC 算法，对相对论强度的激光与固体密度等离子体的表面相互作用过程进行数值模拟，通过分析反射电磁场的频谱来研究相互作用的过程。

通过改变参数，我们发现激光强度和等离子体密度对激光转换为谐波的效率影响很大。

通过对反射波进行滤波，我们得到了百阿秒光脉冲。

3.1模拟参数与时间相关的椭圆率的泵浦激光脉冲的合成是通过使用左旋圆偏振激光脉冲和右旋圆偏振激光脉冲。

两个极性相反的圆偏振光的脉冲的电场可以描述为])2cos())[cos(()(00101z t w y t w t f E t E π-Φ++Φ+=, (1)])2)(cos())()[cos(()(00202z t t w y t t w t t f E t E D D D π-Φ+--Φ+--=， (2)10E 表示电场的振幅，2,1=i 表示左旋圆偏振光电场和右旋圆偏振光电场，相对的，0w 和Φ为每个电场的频率和CEP ，D t 为两个电场之间的延迟时间，y 和z 为沿相应的轴的单位向量，)(t f 是缓慢变化的包络电场，可以描述为)(sin )(2T t t f π=, T t ≤≤0 (3)0)(=t f , 其他 (4)其中T 是脉冲持续时间。

在模拟相对论激光与稠密等离子体相互作用的过程中，我们使用了一维激光粒子模拟程序。

无量纲峰值的激光脉冲振幅，)(00c w m eEa e =，其中，0E 是激光电场的峰值振幅， e 和e m 是电子的电荷和质量，相对的，c 是光在真空中的速度。

模拟盒子的长度为λ4，每λ又分成1000个cell ，这里的λ是指激光波长。

等离子体被建模为λ厚度的板，密度e n ，其中， c n 是临界电子密度。

每个等离子体细胞小格最初包含100个宏观粒子，分别包括电子和离子。

我们认为激光脉冲垂直入射到一个陡峭的等离子体平板的表面，同时激光脉冲最初位于0=x 和激光的等离子体平板的前表面之间的初始距离为λ2。

考虑到驱动激光脉冲很短，我们忽略了离子的运动。

等离子体的参数在下面的模拟中不改变。

3.2等离子体密度效应从光强效应中，我们发现电子的运动速度对谐波辐射影响很大。

电子的运动受到两方面影响，一是激光强度，二是等离子体密度。

因此我们需要研究等离子体密度对谐波辐射的影响。

在模拟中，我们固定激光电场幅值为10。

图1(a), 2(a), 3(a), 4(a) 分别是密度为2, 4, 6, 15时的谐波辐射谱。

图1(b), 2(b), 3(b), 4(b) 分别是密度为2, 4, 6, 15时辐射的阿秒脉冲。

其中阿秒脉冲是滤掉了基频波以后得到的。

从图中的谐波辐射谱可以看到，除了较低级次的谐波辐射以外，在高频区域仍然有很长的平台区，即有很多光的能量转化为波长更短的光辐射。

通过滤波后，可以恢复出这些光脉冲。

通过增加密度，我们发现，密度越高时，阿秒脉冲的主脉冲相比于相邻的小脉冲变得更强，即对比度提高。

这种变化可以从相互作用的动力学过程得到解释。

当密度较低时，电荷分离产生的静电场较弱，电子将被光场推动剧烈振荡，从而破坏了靶表面的结构，影响谐波的产生。

当密度增高时，静电场增强，电子只能在靶表面附近振荡，因而更有利于谐波辐射。

从图2(c)中我们看到电子表面会被光压向前推进，电子表面的运动实际上是振荡和向前运动的叠加，因此我们在反射谱上会观察到阿秒脉冲的峰值位置会随着密度而改变。

当密度较低时，靶被向前推进的距离较大，因此反射的脉冲经过的距离长，从而在时间上就靠后，当靶密度增加时，靶表面向前推进的距离小，因此反射的脉冲经过的距离也短，从而在时间上就比较靠前，因此我们观察到，当密度增大时，脉冲的主峰逐渐向t=14时刻移动。

1010101010101010ω/ω0I n t e n s i t y (a r b .u n i t s )T/T 0I I n t e n s i t y (a r b .u n i t s )1（a ） 1(b)2(a)1010101010101010ω/ωIIntensity(arb.units)2(b)T/T0IIntensity(arb.units)x/λy/τ0.511.522.533.56.26.46.66.877.27.47.67.8851151010101010101010ω/ωIntensity(arb.units)2(c) 3(a) 78T/TIntensity(arb.units)10101010101010ω/ωIntensity(arb.units)3(b) 4(a)T/TIIntensity(arb.units)4(b)4.总结我们研究了延迟时间和等离子体密度对等离子体表面谐波辐射的影响。

研究了同一光强时，不同等离子体密度下的谐波辐射，研究发现密度增加时产生的阿秒脉冲对比度提高。