从改变基本量子数角度实现对太赫兹波相干控制的研究

It has been found that efficient terahertz(THz) can be generated from laser ionized gas target。This process can be simulated by quantum calculations of solving time-dependent Schrödinger equation(TDSE). While it is still not clear which part of the ionized election and how does it contribute to THz emissions. Besides，we still cannot answer the questions how does the incident laser fields influence the THz polarization. In this project, we will first discuss the relationship of THz wave and the above-threshold-ionization (ATI) spectrum. We plan to calculate the free-free transition amplitude which is attributed to the THz emissions. This work is an ab initio calculations for THz wave and answers the question which part of ionized photoelectron contributes to THz emission. On the other hand, we can further understand its emission mechanism and find effective coherent control method of THz waves by connecting to the other nonlinear strong field phenomenon. Based on this model, we will then calculate the THz waves in different polarized laser fields. Efficient experimental ways of changing the polarization of THz waves may be found in the view of changing the magnetic quantum number.

目前研究表明，强激光作用下的空气等离子体能有效产生太赫兹辐射，并可用求解含时薛定谔方程等量子方法对其模拟。然而具体哪部分电子的何种动力学过程对应太赫兹辐射，以及入射激光场对太赫兹辐射偏振态的影响等方面仍不明确。本项目拟在前序工作的基础上，首先探讨太赫兹辐射与阈上电离谱之间的联系，并计算与太赫兹辐射对应的连续态跃迁振幅，该工作一方面是直接对太赫兹波的基础计算，回答究竟那部分电离电子对应太赫兹辐射过程的问题，另一方面通过与其他非线性强场现象相联系加深对其辐射机制的理解以及寻找有效相干控制手段。其次，发展该理论，首先将其用于不同偏激态激光场作用下太赫兹辐射机制的讨论，其次从改变磁量子数角度寻找改变太赫兹偏振态的有效实验手段。

首先，我们利用不同频率比的多色强激光脉冲，通过量子计算模拟了气体介质中的太赫兹产生。通过将太赫兹辐射与阈上电离谱相关联，确认了我们先前提出的用于产生太赫兹辐射的自由-自由跃迁模型也适用于各种频率的激光脉冲组合。太赫兹光子发射可以通过具有相反奇偶性的能量接近的连续状态之间的跃迁进行。该机制预测，当满足多光子混合条件时，可以在特殊的双色激光频率比下有效地产生太赫兹波。我们为太赫兹辐射增强的原因提供了量子力学解释，并基于多光子混合条件提出了多色激光脉冲组合方案（锯齿波形状），可以极大抬高太赫兹辐射效率。.其次，通过求解含时薛定谔方程，已经表明在双色激光脉冲中，优化太赫兹辐射的相对相位也优化了光电子的不对称分布。我们通过理论模拟表明，二阶强场近似的方法可以精确地计算光电子的不对称性，因此可用于定量优化太赫兹产生的相位延迟，该方法比含时薛定谔方程计算快四个数量级。这是因为太赫兹辐射源于重碰撞电子与母离子之间的自由-自由辐射跃迁，类似于激光场中的其他电子-离子碰撞对应的强场现象，如高次谐波产生和非连续双电离等。我们的结果将太赫兹辐射过程纳入强场经典三步模型或量子重散射理论中，为在实验室中通过激光整形、调整最佳相位延迟以实现最强太赫兹辐射产生铺平了道路。.我们展开了一系列太赫兹辐射实验。研究了不同偏振的双色激光场成丝中的太赫兹辐射。实验证明，在同向旋转的双色圆偏振激光场中，太赫兹辐射效率是平行偏振线性偏振双色激光场中的八倍，并用丝内部的偏振相关钳制强度和单个原子或分子电离的电子的动力学对其进行解释。另外研究了半导体中的太赫兹辐射。实验证明，重掺杂硅表面的太赫兹辐射远弱于轻掺杂样品。在重掺杂p型硅中观察到太赫兹电场的极性反转表明掺杂相关的表面电场和载流子诱导的表面电场彼此相反。通过比较激光的穿透深度和掺杂硅的耗尽层厚度，表明扩散和漂移电流之间的竞争导致了极性反转。