We theoretically investigate the high-order harmonic generation (HHG) with an intense two-color femtosecond laser field, in which both fundamental field and its second harmonic are linearly polarized. In contrast to usual HHG with a linearly polarized fundamental field, the ionized electron moves in a plane and there enter new degrees of freedom: angle between polarization axes, relative phase, and relative intensities. The dependence on these parameters are investigated comprehensively with quantum mechanical simulation of HHG. Furthermore, by using the semiclassical model of HHG, this dependence is explained in terms of electron paths contributing to HHG. The symmetry of the interacting system is also analyzed that the possible orders depending on polarization and the π-periodic dependence on the relative phase are derived.
Considering the present status of HHG as an ultrashort soft x-ray source, the utilization of the new degrees of freedom to generate attosecond pulses is investigated. With proper choice of the relative phase, short paths are found to be enhanced compared to case with the one-color field of the same intensity, and this results in strong and regular attosecond pulse train. By adjusting the polarization directions, the amount of ionization can be reduced, which is promising for better phase matching in macroscopic generation. The strong attosecond pulses obtained in this way can be useful for applications such as time-resolved studies of ultrafast phenomena in atoms and molecules.
본 논문은 선형편광된 기본파와 그것의 이차조화파로 이루어진 고강도 펨토초 이색파 (two-color field)를 이용하여 고차조화파를 발생시키는 문제에 대한 이론적인 분석을 담고 있다. 선형 편광된 기본파만 사용하여 고차조화파를 발생시키는 보통의 경우와는 달리, 이온화된 전자가 2차원 평면에서 움직이게 되고, 원자를 구동하는 레이저장은 각 주파수 성분의 편광 방향 사이의 각도, 상대 위상, 그리고 상대적인 세기와 같은 새로운 자유도를 갖게 된다. 양자 역학적인 전산 시늉을 통해 이들 자유도가 바뀜에 따라 고차조화파가 어떻게 변하는지 알아 보았고, 고차조화파의 준고전적 모형에서 얻어지는 전자 궤도를 이용하여 변화 양상을 설명하였다. 또한 원자와 이색파가 가진 대칭성을 분석하여 편광 방향에 따라 차수가 달라질 수 있다는 것과 상대 위상이 π만큼 바뀔 때마다 고차조화파의 발생양상이 반복된다는 것을 밝혔다.
고차조화파가 최근에 극초단 연엑스선 광원으로 각광을 받고 있다는 점을 염두에 두고, 새로운 자유도들을 이용하여 아토초 펄스를 발생시키는 문제를 탐구하였다. 적절한 상대 위상을 주면, 같은 세기의 기본파만 사용한 경우보다 짧은 궤도를 더 세게 발생시킬 수 있고, 이는 강하고 규칙적인 아토초 펄스열을 만들어 낸다. 게다가 이차조화파의 편광 방향을 조절하면, 같은 세기의 기본파를 사용한 경우보다 이온화를 줄일 수 있는데, 이는 원자 집단에서 발생하는 고차조화파의 위상 정합을 개선할 수 있다. 이렇게 얻어진 강한 아토초 펄스는 원자나 분자에서 일어나는 초고속 과정을 탐구하는 데에 유용하게 쓰일 수 있다.
