大气中的沙尘气溶胶颗粒物会通过与太阳辐射相互作用、参与云的形成过程等, 对气候系统产生强烈影响。对流层中的沙尘气溶胶通常是含有各种粒子成分的不均匀混合物, 只有通过详细了解单个沙尘粒子的理化特性才能充分认识其对气候的影响效应。基于此, 对过去 20 年基于光学方法对大气沙尘气溶胶观测分析的研究进行了全面的综述。回顾了利用电子显微镜、激光雷达以及单颗粒质谱等光学技术的研究成果, 简要介绍了基于扫描电镜和能谱、偏光特性、非对称因子等的观测分析技术, 并讨论其优缺点; 总结了沙尘气溶胶形貌、混合态特征研究, 讨论其参与大气物理化学过程的主要方式; 讨论了污染沙尘的光学性质、吸湿特性及成核能力, 这些特性都对气候变化和预测有重要影响。大气中的沙尘气溶胶是复杂多样的, 如何将精确的单粒子分析技术和快速响应的在线检测技术结合将是未来大气探测的研究重点, 这些研究成果也将进一步扩展到气溶胶的环境和气候影响研究, 以及人类健康风险评估中。

为了获得高强度超宽谐波光谱平台区, 采用数值求解含时薛定谔方程的方法, 提出利用多色组合场调控半周期波形来获得最佳半周期谐波辐射条件。结果表明, 通过调节双色场啁啾参量可以获得最佳的负向半周期波形；通过调节啁啾延迟可以获得最佳的正向半周期波形；在上述波形下, 谐波截止能量得到延伸；引入紫外激光场后, 在紫外共振增强电离的影响下, 可以使谐波强度得到增强；当紫外光能量满足单、双光子共振增强电离时, 谐波强度增强明显；随着紫外光子能量减小, 谐波强度增强效果减弱；通过叠加谐波平台区谐波还可获得脉宽在50as以下的单个脉冲。这一结果对高次谐波调控以及阿秒脉冲产生是有帮助的。

为了了解核运动对H+2和T+2谐波辐射强度及产生阿秒脉冲的影响, 采用数值求解薛定谔方程的方法, 理论研究了10fs和20fs激光驱动下H+2和T+2谐波截止能量附近强度的变化。结果表明, 短脉宽驱动下谐波强度满足H+2>T+2, 而长脉宽驱动下谐波强度满足T+2>H+2, 根据谐波强度变化规律, 在最佳谐波辐射强度下引入半周期激光场可以获得高强度、高能量的谐波平台区, 进而获得脉宽为37as的阿秒脉冲。该研究为探测同位素分子及产生高强度及高能量的阿秒脉冲提供了一种新的方案, 对激光光学的发展有一定帮助。

为了获得高强度高次谐波光谱,提出了一种利用啁啾延迟来 调控H+2和D+2谐波辐射强度的方法。结果表明:在短脉宽激光驱动下, H+2和D+2 谐波辐射主要来自于激光下降区域。因此在激光下降区域引入啁啾小量会产生高强度谐波光谱连续 区, 并且H+2谐波辐射强度大于D+2谐波辐射强度。而在长脉宽激光驱动下, H+2和D+2谐 波辐射的贡献分别来自激光上升和下降区域,因此分别在激光上升和下降区域引入啁啾小量会获得相应的高强 度谐波光谱连续区, 但H+2谐波辐射强度小于D+2谐波辐射强度。最后,选择适当的谐波平台区并通过叠加谐波可获得 脉宽为36 as的孤立脉冲。

为了获得能量范围在水窗区间的高强度光谱连续区,提出了一种利用啁啾调 频场调控激光波形的方法。研究发现:在单色多周期负向啁啾调频场驱动下, 谐波截止能量可以得到延伸。当引入第二束负向啁啾激光场时,不仅谐波截止能量延伸到水窗区间,而且谐波辐射强 度有近3个数量级的提高。当引入第三束123 nm紫外激光场时,在紫外共振电离的影响下,谐波辐射强度进一步增强。 谐波强度增强与第三束激光场啁啾参数和激光相位几乎无关。最后,通过叠加水窗区间光谱的谐波可获 得脉宽为38 as的单个阿秒脉冲。