COL封面故事:利用正交偏振双色场提高单个阿秒脉冲强度(2017, Issue 7)

高强度的keV单阿秒脉冲(IAP)以其在物理、材料和信息技术等众多领域存在广泛应用,近年来成为研究热点。阿秒脉冲的产生方法有许多种,其中最有效的方法之一是通过生成高次谐波来得到。高次谐波截止区光子能量与驱动波长的平方成正比,因此实验上通常用波长为数微米的中红外激光作为驱动光源来产生keV的高次谐波。然而,由于转换效率以波长的-5到-6次方形式急剧下降,因此通过单色场高次谐波方法产生的单阿秒脉冲强度很低,极大地限制了其应用范围。

为克服keV单阿秒脉冲强度低的问题,中国科学院上海光学精密机械研究所曾志男、郑颖辉研究员的课题组提出了利用多光周期中红外垂直偏振双色场(MIR-OTC)产生高强度keV单阿秒脉冲的方案。模拟结果发现,利用这一方案产生的阿秒脉冲强度相比于传统方法有较大的提高,强度比单色场方案提高30倍,比平行偏振双色场方案提高5倍。相关结果发表在Chinese Optics Letters 2017年第7期上(Guicun Li, et al., Intense keV isolated attosecond pulse generation by orthogonally polarized multicycle midinfrared two-color laser fields)。

该方案基于光场整形原理,利用多光周期中红外激光和与之垂直偏振的倍频光与氦气相互作用,通过改变双色场延时,可以在二维方向操控电子与母核的碰撞过程,大幅减少了轨道间的干涉效应,由此得到多个不同光谱段的“驼峰”状的准连续谱。通过这一方案,无需相位补偿,直接滤出4 µm/2 µm MIR-OTC方案产生的“驼峰”,可以得到高强度的1.8 keV,约360 as的脉冲。

该工作还指出,利用多光周期驱动脉冲,结合长聚焦方案,允许更高的抽运能量,可以得到更强的keV单阿秒脉冲。相比于传统方法,该方案简单易实现,且更可靠。

后续工作将讨论宏观传播对该方案的影响,并直接利用多光周期太瓦或者拍瓦中红外垂直偏振双色场,结合长聚焦方案,从实验上产生高强度的keV单阿秒脉冲。


图片说明:
利用多光周期1800 nm/900 nm中红外垂直偏振双色场方案得到高次谐波谱光谱。左上图为高次谐波谱,左下图为时频分析图;右图为选取不同的光谱“驼峰”对应时域上产生的单阿秒脉冲。图中ω0,T0分别是1800 nm基频光的角频率和光周期。