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如何实现兆赫兹量级孤立阿秒脉冲

2013-07-20 09:22
野明月
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  ——早先已经实现利用高次谐波(HHG)促使亚飞秒量级的相干极紫外(EUV)辐射的发生。这种可行性在十年前就以得到验证,并且,高次谐波(HHG)有着广泛的应用领域,包括原子分子物理、表面科学和成像。极紫外辐射发光是源自于强激光场与原子或分子的相互作用。强场使得库伦壁垒发生弯曲,能够使一个受约束的电子波包穿过壁垒,离开母离子。当激光电场发生反转时,波包获得反向加速度,向母离子运动,并与母离子重新结合,激射出一个极紫外光子。这个过程每一个激光周期内发生两次,因此能够获得飞秒脉冲辐射序列。对于激光脉冲持续时间仅为几个周期的情形,高能量光子辐射可以视作发生在一个时序内,从而可以产生独立的飞秒脉冲(IAP)。这项技术通常被称为“振幅门”,传统手段是利用钛宝石再生放大器输出脉冲后压缩获得。提出了另外一种可以选择的门技术,避免了对脉冲持续时间的严格要求。然而,这以上所有系统构型均依赖于激光器本身,受到了由于光热效应而受限的重复频率的限制。尽管早先也有高重复频率高次谐波以及其他强场过程的源提出和实现,孤立飞秒脉冲序列的重复频率仍然限制在几千赫兹内。这对系统的多数应用有着很严重的限制,尤其是在信噪比和光电子或离子化碎片统计方面。

  近些年来,在先进阿秒激光物理学中,光参量放大器被视作一个很有前景的技术手段。光参量放大器能够提供极大的增益带宽,支持多波长范围的几个周期脉冲放大,同时由于其优异的光热特性,有希望成为强场少周期脉冲的高重复频率源。

  在本项研究工作中,我们搭建了一台极紫外兆赫兹连续源,并证实了孤立飞秒脉冲技术的可行性,实现了当前阿秒科学中的一些技术突破。一个由光纤激光器抽运的两级光参量啁啾脉冲放大器(OPCPA)系统提供载波包络相位(CEP)稳定的14微焦脉冲,其中心波长为918nm,其中在2.1个周期的持续时间内(6.6fs),在氩气中做高次谐波(HHG)的驱动源。使用200 nm铝制滤波器消除基波辐射,并利用平场光栅分光仪对脉冲进行时间和空间整形。载波相位包络和驱动激光脉冲啁啾由一对融石英光楔对控制。同时,可使用可调节的虹膜来减少反应区域的强度,从而将截止光子能量移至低于铝的L吸收限(73eV)的水平。(张学娇编译)

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