1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 云南大学物理与天文学院，云南 昆明 650216
3 中国科学院云南天文台，云南 昆明 650216
4 中国科学院大学光电学院，北京 100049
5 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
开发了由高重复频率（3 kHz）高能量（3 mJ）钛蓝宝石激光器驱动的极紫外和软X射线高次谐波激光光源。该光源系统在30 nm（光子能量为~45 eV）波长附近实现了大于120 μW的平均功率，在13.46 nm波长（光子能量为~92 eV）处实现了1.9 μW的平均功率，其中在13.46 nm波长处带宽为0.124 nm的单个谐波实现了0.32 μW的平均功率。此外，在该系统中，激光功率连续12 h的不稳定性均方根小于5%，连续8 h光束指向均方根小于10 µrad。该系统在生物成像、干涉光刻和芯片检测等领域中具有重要应用。
激光器 高次谐波 极紫外激光 13.5 nm光源 软X射线 飞秒激光
1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 华中科技大学物理学院，湖北 武汉 430074
3 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
4 湖北光谷实验室，湖北 武汉 430074
超短超强激光脉冲驱动的高次谐波是一种极紫外到软X射线波段的光源，具有指向性好、时空相干性高、亮度高等优点。高次谐波不但是在阿秒时间尺度上研究电子动力学的基础，而且其各类技术优点也使之成为一种有效的桌面型极紫外相干光源，在集成电路制造在线检测、材料科学、生物医药等领域中具有广泛应用。然而，受限于传统钛蓝宝石固体飞秒激光的平均功率和高次谐波传播过程中的转换效率，目前高次谐波极紫外光源的平均功率亟待提高。介绍了高重复频率、高平均功率高次谐波极紫外光源的产生方式及其应用。首先介绍了光纤、固体、啁啾光学参量放大器等新型高重复频率、高平均功率飞秒激光驱动源在高次谐波产生方面的研究进展，之后讨论了激光高次谐波在弱电离气体介质中的宏观传播效应和相位匹配条件。在此基础上，介绍了高平均功率高次谐波极紫外光源在成像检测方面的应用。
非线性光学 高次谐波 极紫外光源 飞秒激光器 极紫外成像检测
杭州电子科技大学通信工程学院，浙江 杭州 310018
研究了高重复频率的谐波自锁模Nd∶YVO4激光器。理论证明了当增益介质与谐振腔的光学长度的比值接近最简分数时，激光器的纵模模式间距可以被修改为增益介质自由光谱范围的整数倍，并对应谐波锁模脉冲输出。开展了相关实验，结果表明，当泵浦功率为6.57 W，增益介质和谐振腔的光学长度分别为11.0 mm和25.8 mm时，对应最简分数为3/7，获得了3倍增益介质自由光谱范围的模式间距纵模分布，对应谐波锁模脉冲的重复频率为40.92 GHz，平均输出功率为790.7 mW。实验还发现，当固定增益介质的光学长度时，获得的谐波锁模脉冲输出对应的谐振腔腔长存在锁定范围，进一步验证了谐振腔腔长锁定范围与增益介质的光学长度成正比。
激光器 激光技术 Nd∶YVO4晶体 高重复频率 谐波锁模
1 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200241
2 华东师范大学重庆研究院精密光学重庆市重点实验室，重庆 401121
超短强激光脉冲与物质相互作用产生的高次谐波辐射是一种相干的极紫外或软X射线光源，并且在时间上还是阿秒脉冲串。在不同介质中探寻更有效的高次谐波产生方案一直是研究热点。利用飞秒激光烧蚀低密度等离子体羽可将高次谐波扩展到几乎任何固体材料，极大地丰富了媒介的选择性。由于某些材料的等离子体内低电离态离子共振跃迁频率与谐波波长存在匹配，使得在极紫外波段特定阶次谐波表现出明显的共振增强效应，从而能够获得强单色的高次谐波辐射。结合纳米颗粒的近场增强效应和较大的电子回撞截面，极紫外波段的高次谐波转换效率可以进一步得到提高。激光等离子体高次谐波有望产生高脉冲能量、增强阶次可调和高重复频率的相干极紫外辐射。综述单阶谐波共振增强效应的产生原理和研究进展，分析各种优化方法和光场调控手段，并对未来的发展趋势进行展望。
非线性光学 高次谐波 低密度等离子体 共振增强 极紫外波段
1 中国科学院物理研究所，北京凝聚态物理国家研究中心，北京 100190
2 松山湖材料实验室，广东 东莞 523808
高重复频率极紫外光源已被广泛应用于电子动力学研究，并且在阿秒谱学研究和显微成像中有广阔的应用前景。高重复频率极紫外光源正在朝更高重复频率、更高光子通量、更高光子能量和更短脉宽的方向发展。介绍了高重复频率极紫外光源的产生和调控，以及极紫外光源应用的分辨能力优化，并展望了高重复频率极紫外光源的未来发展趋势。
非线性光学 超快光学 高次谐波 极紫外光源
1 长春新产业光电技术有限公司, 吉林 长春 130103
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
紫外激光器是研究紫外共振拉曼光谱的重要工具，拉曼信号可以通过共振拉曼效应得到增强，从而降低拉曼测量的探测极限。本文研究了一种输出波长为228 nm的窄脉宽全固态紫外激光器。首先，以Nd:YVO4作为增益介质，采用电光调Q腔倒空技术，实现了纳秒量级914 nm基频光输出。然后，经过偏硼酸锂(LBO)晶体产生二次谐波，最终经偏硼酸钡(BBO)晶体获得四次谐波228 nm紫外激光。在此基础上，进一步研究了不同重复频率时基频光和倍频光功率的变化规律，优化了紫外激光器的输出效率。实验结果表明：当总抽运功率为30 W时，在10 kHz重复频率下，可获得最高平均功率为84 mW的228 nm紫外激光输出。228 nm激光在5~25 kHz重复频率范围内连续可调，脉冲宽度保持在2.8~2.9 ns，能够满足紫外光谱检测技术领域的应用需求。
228 nm激光器 紫外激光 腔倒空技术 二次谐波 228 nm laser ultraviolet laser cavity dumped laser second harmonic
采用化学气相沉积方法和逆向气流策略，成功地可控合成了均匀、平整、结晶良好的单层、2H相、3R相以及螺旋结构硒化钨（WSe2）单晶，利用光学显微镜、原子力显微镜、拉曼和光致发光光谱等表征进行测试分析，证实了WSe2具有优异的晶体质量。通过精确控制炉腔温度分布实现了不同原子层堆垛方式的生长调控，利用过饱和度理论分析推测出螺旋堆垛及位错臂的数量与不同过饱和度分布之间的关系，在螺旋的WSe2结构中观测到了两个数量级的二次谐波产生（SHG）增强，通过SHG偏振特性表征螺旋结构的偏转角度，揭示了层间耦合作用和内部应变对螺旋堆垛的影响，有助于推动二维半导体多相可控生长和光电物性调控研究。
材料 过渡金属硫族化合物 逆向气流化学气相沉积 螺旋堆垛 二次谐波产生
1 南开大学现代光学研究所，天津 300350
2 应用光学国家重点实验室，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
3 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
4 汕头市中心医院乳腺疾病诊疗中心，广东 汕头 515041
5 汕头市中心医院临床医学研究中心，广东 汕头 515041
三次谐波源于强脉冲激光照射样品时产生的三倍频光响应，可对生物组织实现无标记、亚细胞量级分辨率、近乎实时的成像。通过与二次谐波信号和双/三光子荧光信号相结合，三次谐波显微成像可在肿瘤术中揭示肿瘤组织的典型病理特征信息，比如细胞增生与血管增生等，从而为医生判断肿瘤边界进而做出肿瘤组织彻底切除与否的决策提供实时帮助。本文阐述了三次谐波显微成像的基本原理，讨论了它在肿瘤术中诊断方面的应用，探讨了基于三次谐波的小型化便携术中诊断仪器，并总结了三次谐波内窥成像的发展现状，这些内容的讨论有望推动三次谐波成像技术的临床化。
医用光学 三次谐波成像 无标记成像 肿瘤诊断 小型化 内窥成像
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心，北京 100049
3 张江实验室，上海 201210
利用百太瓦级激光系统在氖气（Ne）中得到基于高次谐波产生的极紫外脉冲。通过松聚焦结构在13 nm波段产生单级次单脉冲能量为13.5 nJ（13.1 nm波长）和11.1 nJ（13.5 nm波长）的高次谐波辐射，转换效率为和，谐波发散角的半高全宽为0.32 mrad和0.33 mrad。对含时薛定谔方程进行数值求解，得到单原子偶极发射谱，结合麦克斯韦方程组模拟传播效应，同时考虑气体对谐波的吸收效应，理论模拟得到的信号强度随气压和光强的变化趋势与实验结果基本符合。实现相位匹配的谐波光束质量很好，纵向空间分布为高斯型。结合相位匹配条件和空间分布的分析得到了目前激光参数下的最优相位匹配条件。这种基于高次谐波机制的高能量相干极紫外光源在作为自由电子激光的种子光源以及超快非线性实验和半导体工业检测等方面具有广阔的应用前景。
极紫外 高次谐波 相位匹配 空间分布
