近期，精密測(cè)量院激光誘導(dǎo)超快電子動(dòng)力學(xué)課題組在物理模型研究上取得重要進(jìn)展，找到了液體內(nèi)電子超快動(dòng)力學(xué)規(guī)律，發(fā)展了一個(gè)簡(jiǎn)潔的方程：。該方程有機(jī)的結(jié)合了液體內(nèi)原子的分布，激光的參數(shù)以及輻射諧波的光子等信息，預(yù)測(cè)得到的高次諧波最大光子能量與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果完全一致。該研究成果近日發(fā)表在Phys. Rev. Lett.上。

高次諧波是指低頻強(qiáng)場(chǎng)超快激光與物質(zhì)非線性相互作用時(shí)，輻射出的一系列高頻相干波。其中激光與氣體相互作用產(chǎn)生的高次諧波的研究比較透徹，也是目前產(chǎn)生阿秒激光的主要手段。但氣體高次諧波的產(chǎn)生效率較低，是制約其應(yīng)用的主要因素。隨著長(zhǎng)波紅外驅(qū)動(dòng)激光的發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)晶體也可產(chǎn)生非線性高次諧波，由于其具有密度高，內(nèi)部原子排列規(guī)律性好等特點(diǎn)，有望實(shí)現(xiàn)緊湊和高轉(zhuǎn)換效率的高次諧波源。然而大多數(shù)晶體能承受的激光損傷閾值比較低，難以產(chǎn)生高能光子。液體高次諧波綜合了部分固體和氣體諧波的優(yōu)點(diǎn)，樣品既具有密度高的特點(diǎn)，又可承受很高的驅(qū)動(dòng)光強(qiáng)，成本低，易制備和更新，是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)新方向。當(dāng)前，科學(xué)家對(duì)液體高次諧波機(jī)理的認(rèn)識(shí)一直是一片空白，亟需理論突破。

圖1. 液體高次諧波示意圖

精密測(cè)量院激光誘導(dǎo)超快電子動(dòng)力學(xué)課題組一直專注于高次諧波理論的研究，在氣體和固體高次諧波領(lǐng)域做出了一系列有影響力的成果。面對(duì)微觀復(fù)雜無(wú)序液體系統(tǒng)的難題，他們采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法發(fā)展了一套物理模型，經(jīng)過(guò)大量的數(shù)字模擬，結(jié)合物理原理，找到了液體內(nèi)電子超快動(dòng)力學(xué)規(guī)律，發(fā)展了一個(gè)簡(jiǎn)潔的方程：。該方程既包含了微觀電子與強(qiáng)激光的相互作用，又充分考慮了宏觀的原子統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，不但得到的高次諧波譜特征與實(shí)驗(yàn)結(jié)果定性一致，而且預(yù)測(cè)的高次諧波最大光子能量與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果定量符合。論文第一作者碩士研究生曾愛武，通訊作者卞學(xué)濱研究員投稿后，三位審稿人一致給予了很高的評(píng)價(jià)，認(rèn)為該理論模型是開創(chuàng)性的，是液體高次諧波領(lǐng)域的第一個(gè)理論模型，揭示了結(jié)構(gòu)漲落這一宏觀統(tǒng)計(jì)量與諧波頻譜奇偶轉(zhuǎn)變和截?cái)嗄艿纳羁搪?lián)系，將為相關(guān)實(shí)驗(yàn)的開展提供指導(dǎo)。

該研究工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金“新型光場(chǎng)調(diào)控物理及應(yīng)用”重大研究計(jì)劃的資助。

論文鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.124.203901