(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210965109.3 (22)申请日 2022.08.12 (71)申请人 吉林大学 地址 130000 吉林省长 春市前进大街269 9 号 (72)发明人 魏司琪　 (74)专利代理 机构 日照市聚信创腾知识产权代 理事务所(普通 合伙) 37319 专利代理师 杨玉娈 (51)Int.Cl. G02F 1/35(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 用SFA方法模拟宏观高次谐波的传播系统 (57)摘要 本发明提供用SFA方法模拟宏观高次谐波的 传播系统， 涉及高次谐波的传播技术领域， 包括： 相位匹配机制； 相位匹配机制还涵盖调控四项调 控指标， 即谐波产生过程中调控指标、 气体压强、 激光强度和气体靶的中心相对于激光焦点的位 置， 且通过调控相位匹配机制得到宏观高次谐波 谱； 所述谐波产生过程中调控指标包括有： 介质 色散、 等离子体色散、 Gouy相位和激光场强度， 通 过调节气体压强， 气体压强控制激光场， 进而形 成不同的相位匹配机制， 可以优选出仅有短轨迹 或长轨迹的谐波发射， 在最优气体压强下得到的 宏观高次谐波， 解决了难以基于SFA方法单一选 择调节一种因素进行相位匹配， 以得到最优的高 次谐波的问题。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 115327833 A 2022.11.11 CN 115327833 A 1.用SFA方法模拟宏观高次谐波 的传播系 统， 其特征在于， 包括： 激光发射器(1)、 三步 模型(2)、 相位匹配机制(5)和宏观高次谐波谱(7)； 激光发射器(1)发出强激光并通过原子、 分子、 团簇和固体中的一种介质发射出相干辐射波； 三步模型(2)分为： 电离(S1)、 加速(S2) 和回复(S 3)三步， 且三步模 型(2)实施的前提为满足基本假设(3)和适用条件(4)； 相位匹配 机制(5)还涵盖调控四项调控指标， 即谐波产生过程中调控指标、 气体压强(6)、 激光强度 (7)和气体靶的中心相 对于激光焦点的位置(8)， 且通过调控相位匹配机制(5)得到宏观 高 次谐波谱(6)； 所述谐波产生过程中调控指标包括有： 介质色散(51)、 等离子体色散(52)、 Gouy相位(5 3)和激光场强度(54)。 2.如权利要求1所述的用SFA方法模拟宏观高次谐波的传播系统， 其特征在于： 所述电 离(S1)为： 在激光场的作用下库仑势发生扭 曲形成一个势垒， 电子发生隧穿电离通过该势 垒进入连续态； 加速(S2)为： 在振荡激光场的驱动下， 电子加速运动并获得额外的动能； 回 复(S3)为： 在激光场反向后， 一部分电子被拉回原子核附近与母离子发生复合重新返回基 态， 同时释放高能光子hw＝Ek+Ip， 其中Ek为电子具有的动能， Ip为电离 能， 三步模型(2)给 出了强场近似 模型(SFA)提出的求 解低频激光场中原子的含时薛定 谔方程的经典解释。 3.如权利要求1所述的用SFA方法模拟宏观高次谐波的传播系统， 其特征在于： 对于高 次谐波过程的相位匹配， 要求 △k＝qk0‑kq＝0， 其中q为谐波阶次， kq为q次谐波的波矢量， k0 为基频光束的波矢量， 通常， 总相位失配是四个项的总和， 可以表示 为： 其中p为气体压强， δn＝nlaser‑nq， nlaser为激光场的折射率， nq为q次谐波的折射率， η为电 离几率， Natm为标准大气压下的原子数密度， 第一(正)项与介质色散(51)有关， 第二(负)项 是由于等离子体色散(52)引起， 第三项由Gouy相位(53)引起， 第四项随激光场强度(54)的 变化而变化， 由此得出相位匹配机制(5)需要调控的四个指标， 即介质色散(51)、 等离子体 色散(52)、 Gouy相位(5 3)和激光场强度(54)。 4.如权利要求1所述的用SFA方法模拟宏观高次谐波的传播系统， 其特征在于： 所述气 体压强(6)通过控制激光场形成相位匹配机制(5)， 通过筛选仅有短轨迹或长轨迹的谐波发 射， 在最优气体压强(6)下 得到的宏观高次谐波。 5.如权利要求1所述的用SFA方法模拟宏观高次谐波的传播系统， 其特征在于： 所述激 光强度(7)通过改变相位匹配机制(5)， 使长轨迹电子在较低气压和较高气 压下对谐波发射 的贡献均占主导， 激光 强度(7)调高时， 长轨迹电子对谐波发射的贡献在较低的气 压下占主 导， 短轨迹电子对谐波发射的贡献在较高和最优气压下占主导。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115327833 A 2用SFA方法模拟宏观高 次谐波的传播系统 技术领域 [0001]本发明涉及宏观高次谐波的传播技术领域， 特别涉及用SFA方法模拟宏观高次谐 波的传播系统。 背景技术 [0002]宏观高次谐波的产生， 是激光场与大量原子相互作用的集体响应， 在低频激光条 件下高次谐波的量子理论， 称为Lewenstein模型， 也称为强场近似模型(SFA)， 为更深入的 研究宏观高次谐波的传播， 需要利用传播系统发射高次谐波以便进行传播、 观察和研究。 [0003]然而， 就目前现有的宏观高次谐波的传播系统， 由于宏观高次谐波的传播受影响 因素很多， 难以基于SFA方法单一选择调节一种因素进行相位匹配， 以得到最优的高次谐 波； 由于长轨迹电子或短轨迹电子对谐波的发射贡献均可以占据主导地位， 难以基于SFA方 法对其进 行调节， 以避免长 短轨迹电子的谐波的相位 失配情况； 且难以通过SFA方法推导出 相位匹配需要调节的因素， 从而得到宏观高次谐波谱的问题。 发明内容 [0004]有鉴于此， 本发明提供用SFA方法模拟宏观高次谐波的传播系统， 其具有的相位匹 配机制可以调节高次谐波产生过程中的相位失配问题， 从而得到所需的高次谐波。 [0005]本发明提供了用SFA方法模拟宏观高次谐波的传播系统的目的与功效， 具体包括： 激光发射器、 三步模 型、 相位匹配机制和宏观高次谐波谱； 激光 发射器发出强激光并通过原 子、 分子、 团簇和固体中的一种介质发射出相干辐射波； 三步模型分为： 电离、 加速和回复三 步， 且三步模型实施的前提为满足基本假设和 适用条件； 相位匹配机制还涵盖调控四项调 控指标， 即谐波产生过程中调控指标、 气 体压强、 激光 强度和气 体靶的中心相对于激光焦点 的位置， 且通过调控相位匹配机制得到宏观高次谐波谱； 所述谐波产生过程中调控指标包 括有： 介质色散、 等离 子体色散、 Gouy相位和激光场强度。 [0006]进一步的， 所述电离S1为： 在激光场的作用下库 仑势发生扭曲形成一个势垒， 电子 发生隧穿电离通过该势 垒进入连续态； 加速S2 为： 在振荡激光场的驱动下， 电子加速运动并 获得额外的动能； 回复S 3为： 在激光场反向后， 一部 分电子被拉回原子核附近与母离子发生 复合重新返回基态， 同时释放高能光子hw＝Ek +Ip， 其中Ek为电子具有的动能， Ip为电离能， 三步模型给出了强场近似模 型(SFA)提出的求解低频激光场中原子的含时薛定谔方程的经 典解释， 当三步模型拥有适用条件且满足基本假设时， 基于三个基本假设， 在单活跃电子近 似下， 含时波函数 可以展开 为(以下均使用原子单位)： [0007] [0008]其中， a(t)≈1为基态振幅； |0>为基态波函数； 为相应的连续态振幅， 其满足 的薛定谔方程为： [0009] 说　明　书 1/6 页 3 CN 115327833 A 3