超快科学 | 高次谐波的聚焦特性

导读

高次谐波产生（High-order Harmonic Generation）是一种高度的非线性现象，这种现象可以将可见-红外波段的激光上转换成为极紫外波段（Extreme-ultraviolet, XUV），乃至软X射线波段的类激光辐射。高次谐波的发生机制赋予这类辐射源非常好的空间和时域相干性，因此这类光源可以便捷地应用于阿秒光源，非线性光学，极紫外波段光钟，相干衍射成像（CDI）等技术。与此同时，高次谐波复杂的特性是其应用的阻碍，深入地研究这类光源的性质才能对它的应用打好基础。

引用格式：Maria Hoflund, Jasper Peschel, Marius Plach, Hugo Dacasa, Kévin Veyrinas, Eric Constant, Peter Smorenburg, Hampus Wikmark, Sylvain Maclot, Chen Guo, Cord Arnold, Anne L'Huillier, Per Eng-Johnsson, "Focusing Properties of High-Order Harmonics", Ultrafast Science, vol. 2021, Article ID 9797453, 8 pages, 2021.

DOI：https://doi.org/10.34133/2021/9797453

得益于激光和啁啾脉冲放大技术的发明（1964和2018年诺贝尔物理学奖），研究人员可以得到极高峰值功率的激光脉冲。当这类高功率光脉冲聚焦并和稀有气体相互作用时，便会产生高次谐波。这类谐波辐射具有先天的阿秒特征，因此现在广泛用于超快科学的研究。然而，由于转换效率低，还难以通过单纯地增加功率来满足在特定实验中高光强高通量的需求，因此除了提升转换效率，研究并控制其光束特性也成为了一个重要方向。

近日，瑞典隆德大学的研究者用刀片法研究了高次谐波聚焦特性。这项研究利用隆德激光中心的太瓦（TW）激光器在稀有气体里产生高次谐波。重新聚焦后，在焦点前后用刀片遮挡光束，随后用光谱仪记录不同谐波在不同产生条件下的遮挡情况。通过分析实验数据，则可以反推出不同谐波的发散特征和焦点的空间位置。

研究者发现，高次谐波聚焦性质同时取决于泵浦激光的波前和高次谐波本身的相位性质。在特定的发生条件下，不同的高次谐波可以表现出不同或者相似的聚焦/发散特性。因此，可以利用这样的性质来选择产生条件而实现高光强高通量的聚焦条件。

总结和展望

高次谐波提供了一种产生高相干短脉冲类激光XUV光源的办法，然而对这类光源的性质的了解不足限制了这类光源在高光强高通量条件下的应用。而研究高次谐波和泵浦激光之间的耦合关系，提供了一个进一步控制高次谐波的新思路。通过设计更复杂的激光光束，超短脉冲的时间-空间耦合和发生条件，有望进一步控制高次谐波的光束性质，并且利用在更复杂的应用当中。

主要作者简介

Maria Hoflund，瑞典隆德大学博士生，本文第一作者，主攻高光强阿秒脉冲的产生和应用。

Per Eng-Johnsson，瑞典隆德大学教授，本文通讯作者，主要研究方向包括高光强阿秒脉冲的产生和应用，软X射线原子分子光谱学和自由电子激光的应用。

Ultrafast Science，a science partner journal , 双月刊，由中国科学院主管、中国科学院西安光学精密机械研究所主办。办刊宗旨为：刊载超快科学研究领域的新理论、新技术、新进展、促进学术交流，推动成果转化，提高我国在该领域的科研水平和国际影响力。　

期刊报道范围为阿秒光源、阿秒物理、超快激光和应用、超快成像、超快光谱、超快诊断、超快材料和探测器、超快太赫兹光子、超快电子、超快化学物理等。

欢迎关注及使用期刊出版内容，感谢赐稿！  ISSN 2097-0331    EISSN 2765-8791国内刊号    CN 61-1519/O4

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