高亮度高次諧波測(cè)量結(jié)果

極紫外高次諧波光源是高功率飛秒激光與惰性氣體強(qiáng)非線性相互作用產(chǎn)生的高能量光子相干輻射光源。由于它具有極好的相干性和窄脈沖寬度特性，在阿秒激光、阿秒科學(xué)、時(shí)間分辨光電子能譜、光刻和半導(dǎo)體晶元檢測(cè)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。由于氣體高次諧波轉(zhuǎn)換效率比較低，較弱亮度高次諧波光源限制了其應(yīng)用，如何提高轉(zhuǎn)化效率獲得高亮度極紫外光源一直是超快激光研究的重要方向。

為了要提高其亮度，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心HX-07課題組依托綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置，從驅(qū)動(dòng)光源和氣體靶的設(shè)計(jì)兩方面著手解決，通過采用高功率飛秒激光和增加相互作用區(qū)域相位匹配來提高轉(zhuǎn)換效率和高次諧波亮度。在驅(qū)動(dòng)器方面，自行研制了一臺(tái)重復(fù)頻率為1MHz，平均功率為200W的飛秒激光，再由熔石英薄片多通腔光譜展寬與壓縮方案，實(shí)現(xiàn)將脈沖寬度壓縮8倍，峰值功率提升到5.35 GW，有利于驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生高亮度高次諧波。在氣體靶方面，我們仔細(xì)研究了氣體密度分布與噴嘴大小、位置等關(guān)系，設(shè)計(jì)了差分結(jié)構(gòu)的氣體靶，提高了相互作用區(qū)域氣體密度，同時(shí)降低了背景氣壓，優(yōu)化相位匹配提高了轉(zhuǎn)換效率。

基于上述兩方面的研究，最終獲得光子能量覆蓋20.47 eV to 46.95 eV 的高次諧波XUV光源，單級(jí)次光亮度為 1.07×1011 phs/s。該光源從驅(qū)動(dòng)激光到高次諧波產(chǎn)生、單級(jí)次選取、傳輸與聚焦等全部自研，不僅指標(biāo)處于國際先進(jìn)，而且實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)替代。

該光源將與角分辨光電子能譜儀以及光電子顯微鏡等終端設(shè)備結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)凝聚態(tài)物質(zhì)、超導(dǎo)材料、低維量子材料等時(shí)間分辨的應(yīng)用研究。相關(guān)成果以“Sub-30-fs high power laser based on solid multi-pass cell and application for high flux high harmonic generation”為題發(fā)表于Optics Letters 49, 6992-6995 (2026)。 研究生杜超為第一作者，滕浩研究員和魏志義研究員為共同通訊作者。該研究工作獲得了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和中國科學(xué)院等的資助。文章末尾致謝部分，作者團(tuán)隊(duì)對(duì)綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置(SECUF)進(jìn)行了專門致謝。

審核編輯 黃宇