本发明属于超快光学与强场激光领域，更具体地，涉及一种利用光电子干涉技术进行激光有效强度测量的方法。
背景技术
在超快、强场光学中，激光的有效强度是研究分析中的重要参数。比如，当理论计算结果与实验结果作比较时，激光强度如果不一致往往会影响分析，从而得出错误的结论。在激光强度测量中，精确度和适用范围是很重要的指标。因此，在以往许多研究中，存在各种测量激光有效强度的方法并且不断优化测量方法和测量过程。然而，目前所提出的测量激光强度的方法都有一定的局限性，精确地测量激光有效强度依然是一项具有挑战性的任务。
传统测量方法是通过测量激光脉冲的能量及时间空间分布等一些激光本身的参数来估算激光强度，这种方法通常有50％左右的误差。在超快强场电离中，传统测量方法的误差较大，不利于更进一步开展工作。为了更好地研究电离过程，提出了许多依赖于强场现象的激光测量方法。例如，通过观察光电子能量谱中2up或10up截止(up是激光场的有质动力能)的位置来估算激光强度。在实验中，截止位置通常比较模糊，并且在多光子区域，截止位置是不存在的。随后另一种依赖于ac斯塔克效应的激光强度测量方法被提出。该方法通过观察域上电离峰的偏离量来校准激光强度。这种方法依赖于电离的共振机制，因此激光强度的校准仅在某一些激光参数范围适用。更多的激光强度测量方法是通过实验结果和理论计算比较来进行激光强度校准。比如原子、分子在线偏振光中电离，通过比较理论与实验结果的电离率大小确定激光强度；原子、分子在圆偏振光或者椭圆偏振光中电离，通过比较得到的横向动量分布，或者动量分布的中心位置进行激光强度校准。这类激光强度校准方法通常依赖于我们所选取的理论模型，如绝热理论、非绝热理论等等。因而，精确测量激光强度是超快光学与强场激光领域重要的一部分，许多研究工作都对这一部分展开了重要讨论，并提出了很多测量方法。具有更高精确度，更普遍的适用范围的激光强度测量方法一直在被探索。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种测量激光强度的方法，由此解决现有激光强度测量方法在精确度及适用范围存在一定局限性的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种测量激光强度的方法，包括：
利用相对相位变化的正交双色激光场作用于原子，获取所述原子的第一二维光电子动量谱，所述正交激光场包括偏振沿平行方向的第一激光脉冲和偏振沿垂直方向的第二激光脉冲，所述第一激光脉冲的强度大于所述第二激光脉冲的强度；
用所述第一激光脉冲作用于所述原子，获取所述原子的第二二维光电子动量谱；
分析所述第一二维光电子动量谱及所述第二二维光电子动量谱，得到在正交双色激光场下的光电子全息干涉结构相对于在所述第一激光脉冲下的单色场光电子全息干涉结构的变化幅值；
找到所述幅值的极小值对应的激光偏振方向动量，通过与激光强度对幅值极小值位置的依赖关系作对比，得到激光强度。
优选地，所述分析所述第一二维光电子动量谱及所述第二二维光电子动量谱，得到在正交双色激光场下的光电子全息干涉结构相对于在所述第一激光脉冲下的单色场光电子全息干涉结构的变化幅值，包括：
根据所述第一二维光电子动量谱得到正交双色激光场下的第一光电子全息干涉结构，根据所述第二二维光电子动量谱得到单色场下的第二光电子全息干涉结构；
分别在所述第一光电子全息干涉结构及所述第二光电子全息干涉结构中平行于激光偏振方向的目标动量范围内均匀取点，对每一个取值获得其对应的垂直于激光偏振方向的动量分布；
随相对相位的变化，基于垂直于激光偏振方向的动量分布得到所述第一光电子全息干涉结构中干涉一级极小条纹的中心位置相对于所述第二光电子全息干涉结构中干涉一级极小条纹中心位置的变化幅值。
优选地，从所述第二光电子全息干涉结构中提取的干涉项为：
优选地，所述第二光电子全息干涉结构中干涉一级极小条纹中心位置为：
优选地，所述第一光电子全息干涉结构中干涉一级极小条纹的中心位置相对于所述第二光电子全息干涉结构中干涉一级极小条纹中心位置的变化幅值为：
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本发明通过分析偏振沿平行方向的超快强激光场下原子电离产生的光电子动量谱中光电子全息干涉结构，受到所加偏振沿垂直方向的倍频弱激光场的调制，可以对该强激光场激光有效强度进行精确地测量。相比于超快、强场中其他激光强度测量方法，该方法能够更准确的，更普适的进行激光强度测量，从而有利于超快、强场领域更深入、更细节的研究。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种测量激光强度的方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种单色场下为全息干涉形成原理图，其中(a)为激光电场和矢势示意图，黑色实线为电场与激光光周期数的函数，黑色虚线为矢势与激光光周期数的函数，灰色部分表示形成光电子全息结构的电子波包的产生时间，两个箭头分别代表了前向散射电子波包与直接电子波包；(b)为光电子全息成像形成示意图，在激光场作用下电子从母核电离，形成电子波包，该电子波包一部分在激光场的作用下加速，并返回母核与其发生碰撞，如带箭头的实线所示的散射电子波包，另一部分不与母核相互作用，形成带箭头的虚线所示的直接电子波包，这两个电子波包会在光电子动量谱中干涉，形成光电子全息干涉结构；(c)为光电子全息干涉结构示意图；(d)为在实际动量谱中的光电子全息干涉结构；
图3是本发明实施例提供的一种氙原子受单色场激光和正交双色场激光电离产生的光电子动量谱，其中，(a)为单色场激光的结果，(b)和(c)分别为双色场激光下相对相位等于0.5π和1.5π的结果，图中黑色虚线表示垂直于激光偏振方向动量0；
图4是本发明实施例提供的一种从图3所示光电子动量谱中提取双色场下全息干涉条纹一级极小条纹中心位置相对于单色场下干涉条纹位置的移动；其中，(a)为从光电动量谱中提取全息干涉结构在某一px处沿垂直于激光偏振方向的动量分布，图中三条线分别表示单色场下，双色场下相对相位为0.5π和1.5π的结果；(b)为从(a)中动量谱分布中提取的干涉结构项cos(δφ)；(c)是对每一个相对相位和激光偏振方向动量提取条纹的相对移动量δpy随激光偏振方向动量和相对相位变化的分布，图中黑线表示移动量最大处；
图5是本发明实施例提供的一种激光强度测量过程，图5(a)为图4(c)中黑线位置处移动量δpy的取值，其中，δpy存在一个极小值点(图中黑色虚线标出)，该点的位置(对应激光偏振方向动量)可以用于激光强度校准；图5(b)中实线表示提到的半径典计算得出的δpy极小值位置与激光强度(单位为1.0×1012w/cm2)的关系的图像，图中圆圈表示图5(a)中提取的δpy的极小值位置及该位置对应的激光有效强度，该校准所得强度与所用的强度一致；
图6是本发明实施例提供的一种考虑光强聚焦得到的动量分布；
图7是本发明实施例提供的一种从光电子动量谱提取δpy极小值，将该值用于激光强度测量。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
强场光电子全息干涉：在超快强激光作用下，原子、分子会发生电离，电离电子在激光场中做加速运动，部分电子会返回并与母离子发生散射。该散射电子波包与未与母离子产生相互作用的直接电子波包之间会产生干涉，这种干涉结构包含母离子和激光场的信息，与光学上的全息干涉原理类似，被称作强场光电子全息干涉。
如图1所示是本发明实施例提供的一种测量激光强度的方法的流程示意图，在图1所示的方法中包括：
s1、利用相对相位变化的正交双色激光场作用于原子，获取原子的第一二维光电子动量谱，正交激光场包括偏振沿平行方向的第一激光脉冲和偏振沿垂直方向的第二激光脉冲，第一激光脉冲的强度大于第二激光脉冲的强度；
其中，第一激光脉冲的强度远大于第二激光脉冲的强度，优选地，第二激光脉冲的强度约为第一激光脉冲的强度的0.01倍～0.05倍。
s2、用第一激光脉冲作用于原子，获取原子的第二二维光电子动量谱；
作为一种可选的实施方式，可以通过在冷靶反冲粒子动量成像谱仪(coldtargetrecoil-ionmomentumspectroscopy，coltrims)或粒子速度影像仪(velocitymapimagery，vmi)中放置原子，然后用一束偏振沿平行方向的较强的激光脉冲和一束偏振沿垂直方向的较弱的倍频激光脉冲(强度约为强激光场的0.01倍～0.05倍)作用于原子，并在0～2π之间依次均匀增大强激光脉冲与倍频弱激光脉冲之间的相对相位(如每次增加0.05π)，获取原子在正交双色场下的一系列第一二维光电子动量谱。然后再单独用上述偏振沿平行方向的较强的激光脉冲作用于原子，获取原子在单色场下的第二二维光电子动量谱。
s3、分析第一二维光电子动量谱及第二二维光电子动量谱，得到在正交双色激光场下的光电子全息干涉结构相对于在第一激光脉冲下的单色场光电子全息干涉结构的变化幅值；
在本发明实施例中，在第一二维光电子动量谱与第二二维光电子动量谱中平行于激光偏振方向的明显的干涉条纹即为干涉条纹，它是直接电子波包与前向散射电子波包干涉形成的强场光电子全息干涉结构。
在本发明实施例中，步骤s3具体可以通过以下方式实现：
s3.1、可以利用移动窗口平均法消除第一二维光电子动量谱与第二二维光电子动量谱中的其他干涉结构，分别得到清晰、单一的正交双色激光场下的第一光电子全息干涉结构和单色场下的第二光电子全息干涉结构。对于第一光电子全息干涉结构和第二光电子全息干涉结构，选择全息干涉结构明显、稳定的干涉条纹中的某一个平行激光偏振方向动量px，提取px对应的电子动量分布，即为垂直激光偏振方向的光电子全息干涉结构，其满足干涉叠加公式：|i|2＝|id|2+|ir|2+2|id||ir|cos(δφ)，其中，i表示干涉结构的电离振幅，id和ir分别为直接电子波包和前向散射电子波包的电离振幅，δφ表示直接电子波包和前向散射电子波包的干涉项。对该px，可以使用指数函数对电子产量拟合，并消除电子动量分布的包络，提取干涉项δφ。
s3.2、对于该px，从第二光电子全息干涉结构中提取的干涉项为：
s3.3、在第一光电子全息干涉结构和第二光电子全息干涉结构中选择全息干涉结构明显、稳定的平行激光偏振方向动量px范围均匀取点，重复进行步骤s3.1至s3.2中的提取过程。
s3.4、从0～2π之间均匀改变相对相位，重复步骤s3.3的提取过程，基于垂直于激光偏振方向的动量分布得到第一光电子全息干涉结构中干涉一级极小条纹的中心位置相对于第二光电子全息干涉结构中干涉一级极小条纹中心位置的变化幅值。
在本发明实施例中，干涉条纹一级极小表示对任一px，在py大于0的动量区域内，干涉条纹的第一级极小值处。
其中，对于任意平行激光偏振方向动量px，第二光电子全息干涉结构中干涉一级极小条纹中心位置为：
进而，第一光电子全息干涉结构中干涉一级极小条纹的中心位置相对于第二光电子全息干涉结构中干涉一级极小条纹中心位置的变化幅值为：
s4、找到所述幅值的极小值对应的激光偏振方向动量，通过与激光强度对幅值极小值位置的依赖关系作对比，得到激光强度。
以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。
实例一：用梯形包络的正交双色场电离氙原子，并用光电子干涉技术测量激光有效强度。
图3(a)为单色基频激光场电离氙原子所得光电子动量谱。图3(b)～(c)为相对相位分别为0.5π和1.5π的正交双色场电离氙原子所得的光电子动量谱。其中偏振沿垂直方向的激光场较弱(约为基频场的0.01-0.05倍)，频率是偏振沿平行方向的基频场的两倍。如图2(a)和(b)所示，基频场主要用于电离氙原子，倍频场用于调制电离电子波包随后的运动。基频激光场波长为1600纳米，强度为1.5×1014w/cm2，倍频光的强度为1.0×1012w/cm2。本发明实施例中选的激光包络为梯形包络，此时激光的有效强度等于它的峰值强度。图中可以看出，在平行于激光场偏振方向的动量分布上存在叉状的干涉条纹，即为图2(c)和(d)中所示的光电子全息干涉结构条纹。利用移动窗口平均法消除光电子动量谱中其他干涉结构，即可得到单一的光电子全息干涉结构。从图3(a)中选择结构清晰、稳定的平行于激光偏振方向动量范围(0.7到2.0原子单位)均匀取点，对每一个取值获得对应的垂直与激光偏振方向的动量分布。随相对相位的变化，记录双色场干涉条纹一级极小条纹中心位置相对于单色场下干涉条纹一级极小条纹中心位置的移动δpy。以单色场和双色场下平行于激光偏振方向动量1.6原子单位为例进行激光强度测量。图4(a)为激光偏振方向动量1.6原子单位处垂直于激光偏振方向动量分布曲线。使用指数函数消除动量分布的包络，可得全息干涉结构项cos(δφ)，如图4(b)。图4(c)中记录位置变化量δpy。黑色实线表示δpy取极大值处。将该线上δpy的值取出，如图5(a)。δpy的幅值是激光方向动量的函数，并且存在一个极小值。根据半经典预测公式
实例二：用正交双色场电离氙原子，并用全息干涉技术测量激光有效强度，其中考虑光强聚焦效应。
应用于强场领域实验室的激光脉冲形式复杂多样，激光的形式、波长和周期都会影响到激光有效强度。因此，这里使用高斯激光束电离氙原子得到图6所示的光电子动量谱。基频光峰值强度为2.25×1014w/cm2。应用本发明提出的方法，与实例一相似，提取双色场下干涉条纹一级极小条纹中心位置相对于单色场下干涉条纹一级极小条纹中心位置的变化δpy，并记录δpy的幅值，如图7所示。该幅值在px＝1.19a.u.存在极小值。与图5(b)对比，测得有效激光强度1.2×1014w/cm2。该激光强度小于所用的激光强度峰值2.25×1014w/cm2，因此测量结果是合理的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。