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
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
2 Songshan Lake Materials Laboratory, Dongguan 523808, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4 School of Physics and Optoelectronic Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China
Isolated attosecond pulses (IAPs) are generated via applying amplitude gating on high-order harmonic generation driven by carrier-envelope phase stabilized 5.2 fs pulses with 0.5 mJ pulse energy at 770 nm central wavelength at the Synergetic Extreme Condition User Facility. A continuum ranging from 70 to 100 eV that supports sub-100-attosecond pulse is extracted by Zr foil and Mo/Si multilayer mirror. We demonstrate the characterization of the IAP. The retrieved pulse duration is 86 attoseconds. The developed attosecond laser beamline with repetition rate up to 10 kHz is available for users to conduct attosecond photoelectron spectroscopy researches with a capability of coincidence measurement.
amplitude gating coincidence FROG-CRAB high-order harmonic generation isolated attosecond pulses Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 113201
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 中国科学院大学，北京 100049
3 松山湖材料实验室，广东 东莞 523808
近年来随着计算机性能的提高，机器学习中的神经网络发展迅速，在诸多领域中得到了成功的应用。在超快光学中，基于神经网络技术的一些应用在过去几年中也受到了越来越多的关注，例如脉冲表征、光纤激光器的锁模、多模光纤传播动力学、非线性动力学的预测以及脉冲传播等。综述了神经网络在超快光学中已经实现的一些应用，包括实验过程中激光器的自调谐、超快传播动力学的表征和控制以及实验数据的处理和物理规律的发掘，展望了未来的应用前景并分析了面临的挑战。
激光光学 超快光学 神经网络 实验控制 数据处理 中国激光
2023, 50(11): 1101003
中国石油大学 (北京) 新能源与材料学院, 北京 102249
利用太赫兹时域光谱成像技术检测了存在内部缺陷的高分子 3D 打印样本, 获得了太赫兹时域光谱成像图。初步结果表明, 样本中的缺陷与材料自身对太赫兹波的吸收及反射存在差异, 太赫兹光谱成像可直接表征 3D 打印材料的外部缺陷, 但对存在于样本内部的缺陷, 太赫兹光谱成像结果尚需进一步优化。进一步研究发现, 利用高斯加噪、叠加融合、最小二乘去噪等算法对内部缺陷的光谱图像进行优化, 能够得到清晰的太赫兹时域光谱图像。因此, 利用太赫兹时域光谱成像技术及优化算法, 能够实现对有机高分子 3D 打印材料内部缺陷的表征。
光谱学 图像处理 缺陷检测 太赫兹时域光谱 优化算法 spectroscopy image processing defect detection terahertz time-domain spectroscopy optimization algorithm
1 中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室, 北京 102249
2 中国石油大学（北京）新能源与材料学院, 北京 102249
3 中国石油大学（北京）石油和化工行业油气太赫兹波谱与光电检测重点实验室, 北京 102249
准确认识不同种类的岩石特征对地质构造、 结构与年代的判断至关重要。 常规光学显微手段虽然可以对岩石的颜色与表面形貌进行直接观测, 但是对岩石种类的判断往往凭靠经验, 一些颜色相近的矿物容易混淆, 所得结果并不准确。 光谱方法能够在不同频段给出样品的多个光学参数信息, 通过建立光学参数与样品自身物性的联系, 可以从多个维度确定样品的性质, 从而有望实现对不同矿物成分与含量定性、 定量评价。 太赫兹光谱具备一定的穿透能力, 能够透过一定厚度的岩石, 是研究岩石物理性质的合理手段。 基于太赫兹光谱技术, 对取自不同地区的花岗岩、 灰岩、 砂岩和油页岩样品进行测试, 分别计算得到每个样品的等效折射率n、 衰减系数a, 并以a为横坐标、 n为纵坐标作图, 结果表明, 相同岩性岩石的n与a基本呈线性相关关系, 而对于不同类型的岩石, 其n随a的线性变化趋势存在明显区别。 进而研究了岩石中的组成、 结构等信息与其太赫兹光谱响应的联系, 分析了不同岩性岩石的光谱响应机制, 结果表明: 花岗岩与灰岩的结构较为致密, 其矿物组成是影响太赫兹光谱响应的主要因素, 利用太赫兹参数能够估算岩石中铁、 镁元素的相对含量; 砂岩的成分较为单一, 太赫兹光谱响应受孔隙度的影响; 而对于油页岩来说, 由于有机质具有强吸收、 低折射率的特点, 其有机质含量越高, 折射率越低, 对太赫兹吸收越强。 结果表明, 太赫兹光谱技术有望成为岩石物理性质现有研究手段的合理补充, 为其评价、 分析提供新技术、 新指标, 有着极其光明的应用前景。
岩石 太赫兹光谱 矿物 孔隙度 含油率 Rock THz spectroscopy Minerals Porosity Oil yield 光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1314
1 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 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
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 松山湖材料实验室, 广东 东莞 523808
基于极紫外波段高次谐波产生(high-order harmonic generation, HHG)的光学选通技术已成为目前人们获得孤立阿秒脉冲(isolated attosecond pulse, IAP)的重要手段。由于IAP继承了驱动激光脉冲的光学属性和重复频率,因此具有良好的时空相干性和方向性。近转换极限极短脉宽IAP的产生不仅需要在极紫外区域有较宽的连续光谱支持,还需要对其所携带的本征色散进行补偿。据此,本文从理论上模拟计算了多组阿秒脉冲光谱、本征色散和金属膜材料色散的参数组合,在中心光谱98,120,170 eV附近的结果表明,选用不同厚度的锆膜、钼膜和锡膜对应中心能量的高次谐波可以实现色散补偿。最终确定120 eV中心光子能量加钼膜的组合有可能在较高的产生效率下产生近40 as的IAP。基于上述参数选择,设计了一套由非共线阿秒条纹相机和平场光谱仪组成的极紫外阿秒束线及相应的真空系统,该系统可用于高次谐波及阿秒脉冲的测量。
激光光学 高次谐波 孤立阿秒脉冲 阿秒脉冲本征色散 阿秒条纹相机
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
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 北京交通大学理学院微纳材料及应用研究所, 北京 100044
5 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
自从2001年人们首次实现单个独立的阿秒(1 as=10 -18 s)脉冲以来,阿秒脉冲作为超快光学最前沿的内容,在近20年的时间内得到了长足的发展,为人们在电子运动的自然时间尺度中观测量子世界的基本动力学过程提供了崭新的研究手段,并开启了阿秒科学这一全新的研究领域,覆盖了原子、分子、凝聚态物理、化学、生物等诸多学科的不同研究需求。随着飞秒激光驱动器技术的不断发展,目前阿秒脉冲不仅脉冲宽度突破了50 as,而且也进一步朝着更高单脉冲能量(高通量)、更短波长(高光子能量)、更高重复频率的方向发展。本文将结合高次谐波相位匹配及高能量飞秒超强激光、双色及多色相干合成飞秒激光、中红外飞秒激光、高重复频率飞秒激光等驱动技术,综述介绍阿秒脉冲在上述各方面的新进展,并展望了未来进一步的发展趋势。
激光光学 超快激光 阿秒脉冲 高次谐波 相位匹配
1 中国石油大学（北京） 信息科学与工程学院，北京 102249
2 中国石油大学（北京） 新能源与材料学院，北京 102249
咖啡颗粒的大小直接影响着成品咖啡的品质，高效辨别出咖啡粉粒径大小对咖啡品质的鉴别尤其重要。在89 μm～140 μm粒径范围内，利用激光感生电压（laser-induced voltage，LIV）技术对不同粒径的云南小颗粒咖啡粉进行检测，不同粒径咖啡粉展现出不同的LIV响应，其信号幅值、响应时间、半高宽等参数均存在明显差异。随咖啡粉粒径逐渐增大，其LIV信号幅值（Vp）呈先减小后增大的趋势，当粒径为104 μm～107 μm时Vp最小。此外，LIV信号波形的响应时间及半高宽分别与咖啡粉末粒径之间呈正、负相关变化规律。结果表明，激光感生电压技术对咖啡粉粒径的变化较为敏感，有望成为检验咖啡粉粒径的有效检测手段。
激光感生电压（LIV） 颗粒大小 响应信号 咖啡 laser induced voltage (LIV) particle size response signals coffee
中国石油大学(北京) 石油和化工行业油气太赫兹波谱与光电检测重点实验室，北京 102249
页岩是油气储层的主要类型之一，其微量有机质的准确表征是油气资源勘探中的一大热点和难点。利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对不同原油含量(ppm级)的页岩进行测试与分析，结果表明，太赫兹光谱响应与页岩有机质含量存在单调关系：随着原油浓度增加，单位厚度太赫兹时域光谱幅值衰减系数线性增加。结合有效介质理论，确定了太赫兹介电常数与200 ppm以下原油含量之间的线性关系。研究表明，太赫兹时域光谱技术可作为页岩中微量原油表征的有效方法，对提高油气资源勘探效率具有重要意义。
原油 页岩 太赫兹 定量分析 ：crude oil shale terahertz quantitative analysis 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(5): 771
