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        物理所在高重復頻率極紫外相干光脈沖的產生研究中取得進展

        2021-07-02 物理研究所
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          處于極紫外(XUV)波段的高次諧波(HHG)由于具有優良的相干性、極短的脈沖寬度、寬波段的覆蓋范圍及體積小、使用方便等優點,自出現以來一直備受學界重視。特別是高重復頻率的HHG不僅是實現極紫外光學頻率梳的關鍵,而且在阿秒脈沖的產生、時間分辨的角分辨光電子譜(tr-ARPES)測量及集成電路與半導體芯片的加工檢測等方面都具有重要需求。正因為如此,近年來高重復頻率HHG的產生已成為超快物理、精密測量物理、凝聚態物理等領域的重要內容,也是目前各國科學家競爭發展的重要方向。然而,由于受到高重復頻率驅動激光單脈沖能量低的限制,國際上僅有為數不多的研究組通過HHG技術實現了重復頻率大于100 kHz的XUV相干輻射,國內尚未見相關報道。

          中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心光物理重點實驗室魏志義研究組(L07)多年來致力于HHG及阿秒脈沖產生的研究。近期,該組聯合培養的博士研究生王佶(北京交通大學)、許思源(西安電子科技大學)在趙昆、魏志義等人的聯合指導下,以商用的高重復頻率飛秒光纖激光器為光源,通過自行設計搭建的脈沖壓縮系統及倍頻系統,在優化參數及驅動方式等研究的基礎上,獲得重復頻率高達0.4 MHz的多階次HHG。在僅用1030 nm波長飛秒激光的驅動下,得到的最高階次為27階,對應32.5eV的光子能量;在1030 nm及其倍頻515 nm雙波長驅動下,觀測到從13階到23階、波段覆蓋奇偶階次的11個階次諧波,兩端對應的光子能量分別為15.6 eV及27.7 eV,各階次之間的能量間隔僅1.2 eV(圖1)。近日,上述結果通過了專家測試。該研究為進一步實現高重復頻率的阿秒脈沖和具有時間分辨的極紫外ARPES提供了重要基礎。

          值得一提的是,在上述對驅動激光脈沖的壓縮中,研究人員通過設計采用兩組固體薄片組展寬飛秒光纖激光的光譜,并結合啁啾反射鏡補償色散,得到了平均功率為12 W、最短脈寬為7.3 fs,對應載波頻率僅約2.1個光周期的極短脈沖。圖4為用FROG測量得到的典型結果,這是目前高重復頻率下1 μm波段激光所能獲得的最短脈沖結果之一。

          這項工作及相關研究獲得國家自然科學基金、科學技術部重點研發計劃、中科院前沿重點項目和儀器研制項目的支持。

        圖1.1030 nm單波長(上)及結合515 nm雙波長(下)激光驅動的XUV諧波

        圖2.所研制的高重頻XUV高次諧波產生裝置

        圖3.示波器顯示的重復頻率(408.4 kHz)

        圖4.采用SHG-FROG測得的壓縮脈沖的光譜及脈寬,表明約7.3 fs

        打印 責任編輯:張芳丹

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