寻找新光源, 特别是短波长激光光源引起了人们的广泛兴趣。在时空周期场中运动的带电粒子表现出了预期的行为。指出了置于外场中的超晶格是典型的时空周期场。假设掺杂超晶格的导带底是周期调制的, 在经典力学框架内, 将非相对论粒子在时空周期场中的运动方程化为带有阻尼项和受迫项的摆方程。在无阻尼情况下, 利用摄动法导出了系统的一阶近似解, 讨论了高次谐波辐射和辐射强度; 用Hamiltonian原理和相平面方法讨论了系统的稳定性。在阻尼情况下, 利用Melnikov方法讨论了系统的临界特征和混沌行为。结果表明, 非相对论粒子的高次谐波辐射存在局部极大, 可望作为短波长激光光源。由于系统的稳定性与它的参数有关, 只需适当调节这些参数, 系统的稳定性就能得到保证。

有效利用电子束在波荡器中运动时产生的谐波辐射, 是获得更短波长辐射最直接的方法之一。提高波荡器磁场的谐波分量可以提高电子束的谐波辐射光场强度。分析了一种改进Halbach型波荡器结构, 计算了其磁场的构成, 分析表明这种结构可以使磁场的三次谐波分量提高至基波分量的25%左右。以合肥光源的电子束参数为例, 计算了波荡器磁场谐波分量增强后对电子束自发辐射谱的影响。计算结果表明, 波荡器磁场谐波分量增强至25%时,可以使电子束自发辐射的三次谐波辐射增强至基波辐射光子通量的67%左右。

在经典力学框架内, 把粒子在周期外场中的运动方程化为摆方程, 利用广义三角函数的Bessel展开讨论了系统存在高次谐波辐射的可能性, 并在固定力矩情况下讨论了系统的基本特征。用Jacobian椭圆函数和第一类椭圆积分解析地给出了无扰动系统的解和振动周期, 并用数值方法分析了系统的相平面特征和它的稳定性。结果表明:当外力矩为零时, 系统的接受度最大, 俘获的电子数最多, 辐射强度最强; 随着外力矩增加, 接受度降低; 当无量纲的外力矩为1时, 接受度为零, 系统处于临界状态。临界状态与系统参数有关, 只需适当调节参数, 可望输出强度比较大的高次谐波辐射。

报道了120 fs/795 nm的Ti∶sapphire飞秒激光在静态气体靶室中利用稀有气体氩作为非线性介质的高次谐波辐射,在静态靶室中获得高次谐波辐射,较常用的气体喷嘴具有结构简单,实验容易操作等优点,实验中在42 mJ和7.5 mJ线偏振激光驱动下观察了谐波辐射谱随气压变化情况.

采用单电子模型研究了圆偏振飞秒脉冲激光作用下电子振荡导致的谐波辐射频谱的特性.研究发现随着激光强度的增加,电子在激光场中运动的相对论效应可以导致谐波辐射,并且发现谐波辐射频谱随着激光强度的增加发生了展宽和红移.电子与强激光脉冲相互作用,电子除了在激光场的作用下做横向振荡运动之外,激光脉冲的纵向有质动力对电子还有推动作用,这是产生谐波频谱红移的原因,而谐波辐射频谱展宽是由电子纵向速度的变化引起的.分析激光场中电子在不同方向的辐射频谱表明:随着谐波阶数的升高,红移在有规律地变大;在θ＝3π/4方向上电子频谱的红移比θ＝π/2方向上更明显.

从经典方程出发,采用克兰克-尼科尔森中心差分法对一维多原子分子离子与一维超短强激光场相互作用产生的高次谐波进行了数值模拟计算,发现激光场的初始相位对高次谐波辐射谱有明显影响;通过进一步研究,给出了初步解释。从而,可以通过调节适当的激光初始相位和选取适当的系统来改善高次谐波的相位匹配,产生清晰的高次谐波辐射谱。

对超短超强激光脉冲(45 fs,6×1017 W/cm2)与光致电离氦气形成的欠稠密等离子体相互作用中的二次谐波辐射进行了实验研究.测量了多种打靶强度的飞秒激光脉冲与不同气体密度氦气相互作用的二次谐波光谱,得到在欠稠密等离子体中二次谐波辐射与打靶激光能量的关系,分析了产生二次谐波辐射产生的物理机制,在考虑了强短脉冲激光电离气体产生的等离子体径向电子密度梯度因素,基于非线性作用过程的理论预期曲线与实验结果较好地吻合.

根据简单的计算模型,导出辐射能量谱形状因子和相干谐波辐射表达式,用此表达式讨论了不对称光学速调管的相干谐波辐射;对于合肥储存环相干谐波自由电子激光,提出了一个不对称光学速调管相干谐波辐射的研究方案,并作了详细的计算,结果表明在较高的电子束能量下,调整光学速调管和外激光参数,使辐射段波荡器的辐射基波与外激光的二次谐波共振,进行相干谐波产生实验,能获得109量级相干加强因子。

分析了自生磁场对相对论谐波辐射的影响。得出结论:自生磁场对强激光在欠稠密等离子体中产生的相对论相干谐波辐射有重要作用,自生磁场激发偶次谐波辐射,并对奇次谐波辐射产生影响。对二次,三次谐波作了详细分析,发现:自生磁场激发二次谐波辐射,而对三次谐波辐射有削弱作用,并且它还使谐波的失相时间延长。

工作介质进行的高次谐波实验的初步结果。研究了激光能量和气体密度对高次谐波的影响,目前得到的最高次谐波为25次,相应波长为31.4 nm。深入的实验研究正在进行之中。