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激光烧蚀低密度等离子体产生高次谐波的研究进展

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中国激光 2024年第7期51卷 49-63页

作者：高健吴健华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200241 华东师范大学重庆研究院精密光学重庆市重点实验室重庆401121

超短强激光脉冲与物质相互作用产生的高次谐波辐射是一种相干的极紫外或软X射线光源,并且在时间上还是阿秒脉冲串。在不同介质中探寻更有效的高次谐波产生方案一直是研究热点。利用飞秒激光烧蚀低密度等离子体羽可将高次谐波扩展到几乎... 详细信息

超短强激光脉冲与物质相互作用产生的高次谐波辐射是一种相干的极紫外或软X射线光源,并且在时间上还是阿秒脉冲串。在不同介质中探寻更有效的高次谐波产生方案一直是研究热点。利用飞秒激光烧蚀低密度等离子体羽可将高次谐波扩展到几乎任何固体材料,极大地丰富了媒介的选择性。由于某些材料的等离子体内低电离态离子共振跃迁频率与谐波波长存在匹配,使得在极紫外波段特定阶次谐波表现出明显的共振增强效应,从而能够获得强单色的高次谐波辐射。结合纳米颗粒的近场增强效应和较大的电子回撞截面,极紫外波段的高次谐波转换效率可以进一步得到提高。激光等离子体高次谐波有望产生高脉冲能量、增强阶次可调和高重复频率的相干极紫外辐射。综述单阶谐波共振增强效应的产生原理和研究进展,分析各种优化方法和光场调控手段,并对未来的发展趋势进行展望。

关键词：非线性光学高次谐波低密度等离子体共振增强极紫外波段

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线性调频激光回馈粒度探测灵敏度提升方法

物理学报 2023年第16期72卷 307-314页

作者：寇科王错王晛连天虹焦明星樊毓臻西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048

激光回馈(或激光自混合干涉)技术在位移、距离、速度、振动等传统物理量测量领域具有广泛的研究和应用.近20年来,这项技术在纳米粒度检测中也展示出了巨大的前景,其测量原理是:基于激光束与照射区域每个粒子相互作用的非相干叠加,粒子... 详细信息

激光回馈(或激光自混合干涉)技术在位移、距离、速度、振动等传统物理量测量领域具有广泛的研究和应用.近20年来,这项技术在纳米粒度检测中也展示出了巨大的前景,其测量原理是:基于激光束与照射区域每个粒子相互作用的非相干叠加,粒子直径可以通过激光回馈信号功率谱的洛伦兹拟合而求出.激光回馈粒度检测一般使用恒流驱动的半导体激光器,其信号功率谱峰会位于零频附近,只呈现出右侧部分,有些使用固体激光器的粒度传感器通过一对声光调制器进行移频,将功率谱峰搬离零频位置,但是极大地增加了系统的复杂度和费用.本文用线性调制电流驱动半导体激光器,以产生近似线性调频,从而方便地把功率谱峰搬移到任意期望的频谱位置上.此外,适当的光反馈强度下,倾斜的回馈信号条纹会导致功率谱峰产生高次谐波,这些谐波峰的频谱展宽较主峰更为明显,可以有效提高纳米粒子检测的灵敏度.本文所提出的新技术方案通过数值仿真和实验验证,有望应用在低成本、结构紧凑、高灵敏度的激光回馈粒度传感器或相关仪器中.

关键词：激光回馈线性调频粒度检测高次谐波灵敏度

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高次谐波类共振增强的玻姆力学诠释

科学通报 2021年第8期66卷 940-948页

作者：赖炫扬黄祎祎余少刚柳晓军中国科学院精密测量科学与技术创新研究院波谱与原子分子物理国家重点实验室武汉430071

实验研究发现,高次谐波强度会随驱动光强度增大先急剧增强、而后减弱,这种对激光强度高度敏感的现象被称为高次谐波类共振增强.然而,人们对该现象的产生机制尚存在争议,其原因是现有物理解释所依赖的理论方法存在一些不足.玻姆力学是量... 详细信息

实验研究发现,高次谐波强度会随驱动光强度增大先急剧增强、而后减弱,这种对激光强度高度敏感的现象被称为高次谐波类共振增强.然而,人们对该现象的产生机制尚存在争议,其原因是现有物理解释所依赖的理论方法存在一些不足.玻姆力学是量子力学的一个版本,具有物理图像清晰、计算准确等特点,可以部分克服现有理论方法不足.本文利用玻姆力学研究高次谐波类共振增强,发现仅用一条玻姆轨道即可很好地重现高次谐波谱中的类共振增强结构.对该玻姆轨道的动力学分析表明,此增强结构来源于量子势引起的电子轨道奇异振荡行为.进一步结合电子波函数分析发现,此行为与强激光场中原子共振激发紧密相关.本研究深化了对高次谐波类共振增强现象的理解,有助于利用类共振增强提升谐波转化效率,获得高强度的阿秒光脉冲.

关键词：高次谐波类共振增强玻姆力学玻姆轨道量子势

高重复频率极紫外光源的产生和光谱技术研究进展

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中国激光 2024年第7期51卷 22-34页

作者：王佶赵昆中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 松山湖材料实验室广东东莞523808

高重复频率极紫外光源已被广泛应用于电子动力学研究,并且在阿秒谱学研究和显微成像中有广阔的应用前景。高重复频率极紫外光源正在朝更高重复频率、更高光子通量、更高光子能量和更短脉宽的方向发展。介绍了高重复频率极紫外光源的产... 详细信息

高重复频率极紫外光源已被广泛应用于电子动力学研究,并且在阿秒谱学研究和显微成像中有广阔的应用前景。高重复频率极紫外光源正在朝更高重复频率、更高光子通量、更高光子能量和更短脉宽的方向发展。介绍了高重复频率极紫外光源的产生和调控,以及极紫外光源应用的分辨能力优化,并展望了高重复频率极紫外光源的未来发展趋势。

关键词：非线性光学超快光学高次谐波极紫外光源

对称分子H_(2)^(+)在强短波激光场中高次谐波椭偏率性质的研究

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物理学报 2023年第4期72卷 18-26页

作者：于术娟刘竹琴李雁鹏延安大学物理与电子信息学院延安716000

通过数值计算,研究了强短波(400—600 nm)激光场中H_(2)^(+)分子高次谐波辐射的椭偏率性质.研究表明,H_(2)^(+)分子在不同激光强度、不同激光波长、不同核间距及不同取向角下高次谐波的椭偏率性质是不同的;特别是在两中心干涉区,激发态... 详细信息

通过数值计算,研究了强短波(400—600 nm)激光场中H_(2)^(+)分子高次谐波辐射的椭偏率性质.研究表明,H_(2)^(+)分子在不同激光强度、不同激光波长、不同核间距及不同取向角下高次谐波的椭偏率性质是不同的;特别是在两中心干涉区,激发态在高次谐波产生中起着重要作用,但在不同取向角下,激发态对谐波椭偏率的影响不同;分析表明,这些不同的影响源于沿平行和垂直于激光偏振方向辐射的高次谐波的相对产量,以及激发态对平行和垂直谐波产量的影响;此外,椭偏率的测量检验了强场近似和平面波近似在强短波激光场中是成立的,并对强短波激光场中分子动力学做了更充分的研究.

关键词：高次谐波高频激光场谐波椭偏率偶极子

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H离子团簇高次谐波平台展宽与团簇膨胀

物理学报 2023年第21期72卷 207-214页

作者：张春艳陕西师范大学物理学与信息技术学院西安710119 湖北民族大学智能科学与工程学院恩施445000

通过数值求解强激光场与二维模型H离子团簇相互作用的含时薛定谔方程,发现H离子团簇产生的高次谐波平台比单个H原子产生的高次谐波平台要宽.建立了研究团簇产生高次谐波的经典模型,研究发现经典模型计算结果与含时薛定谔方程结果能很好... 详细信息

通过数值求解强激光场与二维模型H离子团簇相互作用的含时薛定谔方程,发现H离子团簇产生的高次谐波平台比单个H原子产生的高次谐波平台要宽.建立了研究团簇产生高次谐波的经典模型,研究发现经典模型计算结果与含时薛定谔方程结果能很好的对应,同时指出高次谐波平台拓展的原因在于母核周围其他离子产生的库仑势场的作用,并给出由此产生的离子间距改变对高次谐波截止能量的影响,为观测团簇膨胀提供了一种可能途径.

关键词：高次谐波团簇库仑势膨胀

高重复频率、高功率高次谐波极紫外光源进展及应用

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中国激光 2024年第7期51卷 3-21页

作者：魏子娟高熙泽孟翔宇李政言张庆斌兰鹏飞陆培祥华中科技大学光学与电子信息学院湖北武汉430074 华中科技大学物理学院湖北武汉430074 华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074 湖北光谷实验室湖北武汉430074

超短超强激光脉冲驱动的高次谐波是一种极紫外到软X射线波段的光源,具有指向性好、时空相干性高、亮度高等优点。高次谐波不但是在阿秒时间尺度上研究电子动力学的基础,而且其各类技术优点也使之成为一种有效的桌面型极紫外相干光源,在... 详细信息

超短超强激光脉冲驱动的高次谐波是一种极紫外到软X射线波段的光源,具有指向性好、时空相干性高、亮度高等优点。高次谐波不但是在阿秒时间尺度上研究电子动力学的基础,而且其各类技术优点也使之成为一种有效的桌面型极紫外相干光源,在集成电路制造在线检测、材料科学、生物医药等领域中具有广泛应用。然而,受限于传统钛蓝宝石固体飞秒激光的平均功率和高次谐波传播过程中的转换效率,目前高次谐波极紫外光源的平均功率亟待提高。介绍了高重复频率、高平均功率高次谐波极紫外光源的产生方式及其应用。首先介绍了光纤、固体、啁啾光学参量放大器等新型高重复频率、高平均功率飞秒激光驱动源在高次谐波产生方面的研究进展,之后讨论了激光高次谐波在弱电离气体介质中的宏观传播效应和相位匹配条件。在此基础上,介绍了高平均功率高次谐波极紫外光源在成像检测方面的应用。

关键词：非线性光学高次谐波极紫外光源飞秒激光器极紫外成像检测

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利用三色组合脉冲激光获得孤立阿秒脉冲发射

物理学报 2022年第5期71卷 160-166页

作者：陈高长春理工大学物理学院长春130022

孤立阿秒脉冲因可以跟踪和控制原子及分子内电子的运动过程而备受关注.本文从理论上开展了氦原子在3束飞秒脉冲激光组合场辐照下产生的高次谐波和阿秒脉冲辐射的研究.组合激光场由16 fs/1600 nm,15 fs/1100 nm和5.3 fs/800 nm的钛宝石... 详细信息

孤立阿秒脉冲因可以跟踪和控制原子及分子内电子的运动过程而备受关注.本文从理论上开展了氦原子在3束飞秒脉冲激光组合场辐照下产生的高次谐波和阿秒脉冲辐射的研究.组合激光场由16 fs/1600 nm,15 fs/1100 nm和5.3 fs/800 nm的钛宝石脉冲构成.与前两束脉冲合成的双色场产生谐波谱相比,附加钛宝石脉冲的三色场产生的高次谐波发射谱呈现出高转换效率及宽带超连续特性,超连续谱范围覆盖从230-690次谐波,傅里叶变换后实现了128 as高强度孤立短脉冲的产生.该结果归因于合成的三色场呈现出高功率及少周期的中红外飞秒脉冲激光特性,可以有效控制原子电离以及复合发生在中红外飞秒脉冲的一个有效光学周期内.

关键词：高次谐波阿秒脉冲三色激光场

优化组合激光场驱动原子产生高次谐波及单个超短阿秒脉冲理论研究

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物理学报 2022年第23期71卷 96-107页

作者：汉琳苗淑莉李鹏程汕头大学理学院物理系先进光学与光子学研究中心汕头515063 兰州大学物理科学与技术学院兰州理论物理中心甘肃省理论物理重点实验室兰州730000

高次谐波是获得阿秒紫外光源最主要的方法之一,是强场超快领域研究的热点问题,具有非常广泛的应用前景.本文围绕如何产生超连续高次谐波平台及单个超短阿秒脉冲面临的问题,概述了这方面研究的进展,并从理论上展示了一种有效可行的方案,... 详细信息

高次谐波是获得阿秒紫外光源最主要的方法之一,是强场超快领域研究的热点问题,具有非常广泛的应用前景.本文围绕如何产生超连续高次谐波平台及单个超短阿秒脉冲面临的问题,概述了这方面研究的进展,并从理论上展示了一种有效可行的方案,即将强激光场中的含时薛定谔方程与非约束优化算法相结合,以扩展谐波平台最宽为目标函数,分别优化双色和三色组合激光场并驱动氦原子产生超连续高次谐波谱.优化后的双色组合激光场驱动氦原子产生的超连续谐波谱平台达到了100阶,叠加获得了最短25 as的单个阿秒脉冲;优化后的三色组合激光场驱动氦原子产生的超连续谐波谱平台宽度达到了170阶,叠加获得最短17 as的单个阿秒脉冲,同时谐波转换效率也有所提高.为了给实验提供切实可行的参考,本文以优化的双色组合激光场情况为例,基于同时求解含时薛定谔方程和麦克斯韦方程,进一步考虑了介质宏观演化效应对单原子层次产生阿秒脉冲的影响,发现利用远场轴外量子通道的空间选择性可以获得更短的单个阿秒脉冲.

关键词：高次谐波阿秒脉冲强激光场宏观介质演化