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上海光机所首次实现强场高次谐波单一级次的选择性增强

来源：上海光学精密机械研究所 发布时间：2013-06-16【字体：大 中 小】

中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室徐至展、李儒新研究组于2013年6月7日出版的国际物理学学术期刊《物理评论快报》上发表的论文[Phys. Rev. Lett.110, 233903(2013)]，报道了在国际上首次实现强场高次谐波单一级次的选择性增强，获得可调谐单色极紫外相干辐射输出。他们利用亚周期波形可控多色激光驱动场选择性增强特定级次的高次谐波辐射，获得了高对比度（15.9：1）谐波等突破性研究进展。

强场超快激光与气体相互作用产生高次谐波是强场物理领域的重要研究方向。高次谐波辐射通常以频率梳的模式产生，而且各个级次（不同频率）在平台区具有类似的强度，这可归因于高次谐波过程中的非微扰属性。为了使高次谐波频率梳中的能量集中调谐到某个特定级次，他们首次提出了亚周期波形可控、X-Y偏振可控的多色激光驱动场的独特设计，通过宏观相位匹配和原子内相位匹配技术将高次谐波频率梳中的能量集中到某个特定级次，成功实现了特定级次的高次谐波的增强和相邻谐波的极大抑制。这个特定级次还能通过相位匹配技术进行调谐，从而获得可调谐的单色极紫外相干辐射输出。

2000年著名的美国科罗拉多大学和美国国家标准与技术研究所JILA研究组报道了利用变形镜优化驱动激光脉冲的啁啾特性，获得了目标级次高次谐波的增强（8倍）[Nature 406, 164 (2000)]，但却不能抑制相邻级次谐波的辐射强度，没有真正实现选择性增强。十余年来该研究方向突破难度大，一直没有取得实质性进展。本项研究是首次实现的单个高次谐波选择性增强的突破，输出强度增强了102~3倍（相对于单色激光场），对比度提高至15.9：1。

该项研究有重要意义与应用前景，正如PRL三个审稿人指出的：“……这个技术对于产生单色相干XUV光源非常有用”，“……这个工作对于自由电子激光器种子光的注入非常有意义，基于亚周期波形控制的物理机制也非常有趣”，“……这些结果对于高次谐波的应用是非常有意义和有用途的，相对于以前的方法，该方法在效率上获得了突破性的增强”。

该项研究得到国家自然科学基金、国家973计划、国家科技部国家重点实验室专项和中科院重要方向性项目等的支持。

文章链接：http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.110.233903

下图图注：（a）单色、双色和三色激光场产生的气体高次谐波；（b）不同相对延迟下的三色激光场产生的气体高次谐波比较；（c）不同强度和气体密度下三色激光场产生的气体高次谐波比较；

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