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中科院物理所:高重复频率极紫外相干光脉冲的产生研究取得进展


中科院物理所:高重复频率极紫外相干光脉冲的产生研究取得进展


处于极紫外(XUV)波段的高次谐波(HHG)由于具有优良的相干性、极短的脉冲宽度、宽波段的覆盖范围及体积小、使用方便等优点,自出现以来一直备受人们的重视,特别是高重复频率的HHG不仅是实现极紫外光学频率梳的关键,而且在阿秒脉冲的产生、时间分辨的角分辨光电子谱(tr-ARPES)测量及集成电路与半导体芯片的加工检测等方面都具有重要的需求。正因为如此,近年来高重复频率HHG的产生已成为超快物理、精密测量物理、凝聚态物理等领域令人感兴趣的重要内容,也是目前各国科学家竞争发展的重要方向。但由于受高重复频率驱动激光单脉冲能量低的限制,国际上仅有为数不多的研究组通过HHG技术实现了重复频率大于100kHz的XUV相干辐射,国内尚未见相关结果报道。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心光物理重点实验室魏志义研究组(L07)多年来致力于HHG及阿秒脉冲产生的研究,最近,该组联合培养的博士研究生王佶(北京交通大学)、许思源(西安电子科技大学)在赵昆、魏志义等人的联合指导下,利用商用的高重复频率飞秒光纤激光器作光源,通过自行设计搭建的脉冲压缩系统及倍频系统,在优化参数及驱动方式等研究的基础上,成功得到了重复频率高达0.4MHz的多阶次HHG。在仅用1030nm波长飞秒激光的驱动下,得到的最高阶次为27阶,对应32.5eV的光子能量;在1030nm及其倍频515nm双波长驱动下,观测到从13阶到23阶、波段覆盖奇偶阶次的11个阶次谐波,两端对应的光子能量分别为15.6eV及27.7eV,各阶次之间的能量间隔仅1.2eV(图1)。

图1. 1030nm单波长(上)及结合515nm双波长(下)激光驱动的XUV谐波

近日上述结果通过了专家测试,图2为实验系统照片,图3为示波器显示的重复频率。这些结果的取得,为进一步实现高重复频率的阿秒脉冲及具有时间分辨的极紫外ARPES提供了重要基础

图2. 所研制的高重频XUV高次谐波产生装置

图3. 示波器显示的重复频率(408.4kHz)

值得一提的是在上述对驱动激光脉冲的压缩中,他们通过设计采用两组固体薄片组展宽飞秒光纤激光的光谱,并结合啁啾反射镜补偿色散,得到了平均功率为12W、最短脉宽为7.3fs,对应载波频率仅约2.1个光周期的极短脉冲。图4为用FROG测量得到的典型结果,这也是目前高重复频率下1μm波段激光所能获得的最短脉冲结果之一

图4. 采用SHG-FROG测得的压缩脉冲的光谱及脉宽,表明约7.3fs


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