高记星 1,2娄智远 1,2杨帆 1,2杨晓骏 1[ ... ]李儒新 1,2,3
作者单位
摘要
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3.6×10-73.0×10-7,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 
光学学报
2024, 44(2): 0214001
Shiyang Zhong 1Hao Teng 1,2,*Xiaoxian Zhu 1,3Yitan Gao 1,3[ ... ]Zhiyi Wei 1,2,3,***
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
作者单位
摘要
长春理工大学物理学院,吉林 长春 130022
利用强场近似理论开展了正交偏振双色场与氦原子相互作用产生高次谐波和阿秒脉冲的理论研究。正交偏振双色场由少周期的4 fs钛宝石驱动脉冲激光和与它偏振方向垂直的8 fs倍频控制脉冲构成。研究发现,通过合理选择两束脉冲之间的相对相位,能够控制高次谐波发射过程中长、短电子轨道的选择。当相对相位调整为1.2π时,平台谐波主要来自短轨道电子的贡献,由于其运动时间短、波包扩散少,且没有与长轨道电子谐波产生干涉,沿驱动脉冲电场方向的高次谐波谱具有较高强度和较小调制幅度的超连续平台区,通过对第120次到第180次超连续谐波进行傅里叶变换,可产生脉宽为54 as的高强度孤立阿秒脉冲。所提方案对组合脉冲相对相位的选取要求并不严苛,在0.3π的变化范围内皆可获得脉宽较短的孤立阿秒脉冲,同时控制脉冲电场强度的变化对上述数值模拟结果的影响也很小。
超快光学 高次谐波产生 阿秒脉冲 正交偏振双色场 电子轨道 
光学学报
2023, 43(13): 1332001
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics, University of Gothenburg, Gothenburg, Sweden
2 Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California, USA
3 Higgs Centre, School of Physics and Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, UK
The availability of ever stronger, laser-generated electromagnetic fields underpins continuing progress in the study and application of nonlinear phenomena in basic physical systems, ranging from molecules and atoms to relativistic plasmas and quantum electrodynamics. This raises the question: how far will we be able to go with future lasers? One exciting prospect is the attainment of field strengths approaching the Schwinger critical field ${E}_{\mathrm{cr}}$ in the laboratory frame, such that the field invariant ${E}^2-{c}^2{B}^2>{E}_{\mathrm{cr}}^2$ is reached. The feasibility of doing so has been questioned, on the basis that cascade generation of dense electron–positron plasma would inevitably lead to absorption or screening of the incident light. Here we discuss the potential for future lasers to overcome such obstacles, by combining the concept of multiple colliding laser pulses with that of frequency upshifting via a tailored laser–plasma interaction. This compresses the electromagnetic field energy into a region of nanometre size and attosecond duration, which increases the field magnitude at fixed power but also suppresses pair cascades. Our results indicate that laser facilities with peak power of tens of PW could be capable of reaching ${E}_{\mathrm{cr}}$ . Such a scenario opens up prospects for the experimental investigation of phenomena previously considered to occur only in the most extreme environments in the universe.
Schwinger effect advanced focusing concepts attosecond pulses dipole wave surface high-order harmonic generation 
High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(2): 02000e19
作者单位
摘要
兰州城市学院电子工程学院,甘肃 兰州 730070
原子或分子的光电离是强场物理效应的基础。在强场近似下,对于少周期激光脉冲,实验中已证实采用双色激光脉冲场可以增强和相干控制分子的电离。同时,双色场相对相位也是非常重要的参数,借助相位结构的改变来调节分子的电离亦是控制和优化激光与物质相互作用的重要方式。基于此,本文借助Lewenstein模型计算了双色激光脉冲场中利用CO分子高次谐波获得的阿秒脉冲,分析了不同分子取向下相对相位对分子电离以及产生阿秒脉冲的影响。结果显示,平台区域的超连续展宽在任意相对相位下均可产生,但随着分子取向和激光场相对相位的变化,电离较低时易获得超短孤立阿秒脉冲。
非线性光学 强场近似 分子的高次谐波 电离率 相对相位 阿秒脉冲 
中国激光
2023, 50(5): 0508002
作者单位
摘要
辽宁工业大学 理学院, 锦州 121001
为了输出具有高转化效率和高光子能量的谐波光谱, 采用求解薛定谔方程的方法, 理论研究了多色组合啁啾波形对谐波光谱的影响。结果表明, 在固定激光强度下, 最佳三色啁啾波形可以有效延伸谐波截止能量; 最佳四色啁啾波形可以增强谐波强度; 选择最佳三色和四色组合波形下的谐波光谱进行谐波叠加可获得42as的孤立阿秒脉冲。这一结果对超短阿秒脉冲的产生是有帮助。
激光光学 高次谐波 组合啁啾波形 阿秒脉冲 laser optics high-order harmonic generation combined chirp waveforms attosecond pulses 
激光技术
2022, 46(6): 823
作者单位
摘要
1 东莞理工学院 电子工程与智能化学院,广东 东莞 523808
2 深圳大学 物理与光电工程学院,广东 深圳 518060
3 广东工业大学 物理与光电工程学院,广东 广州 510006
高重复频率的飞秒激光在高速激光测距和三维成像等领域有着非常重要的作用。其中基于飞秒光纤激光器的高次谐波锁模是获得GHz量级以上高重复频率脉冲的重要手段之一。基于含腔内光栅对色散补偿的非线性偏振旋转(NPR)锁模的掺镱(Yb)光纤激光器,在180 mW泵浦光时获得了稳定的143 MHz基频锁模脉冲序列,当泵浦光功率升至1 W时获得了最高20次谐波(2.86 GHz)锁模脉冲序列输出。系统地对比研究了基频锁模与高次谐锁模状态下,脉冲重复频率精密锁定后的艾伦偏差和相位噪声,7次谐波锁模状态下重复频率锁定精度能够保持在10−13 Hz@1 s的稳定度,为高次谐波锁模飞秒激光脉冲序列用于精密测量提供了实验依据。
高次谐波锁模 飞秒掺镱光纤激光器 脉冲重复频率 时间抖动 相位噪声 high-order harmonic mode locking femtosecond Ytterbium-doped fiber laser pulse repetition frequency time jitter phase noise 
红外与激光工程
2022, 51(8): 20210779
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics and CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
2 Department of Physics, Shanghai Normal University, Shanghai, China
Spatiotemporal optical vortex (STOV) pulses carrying purely transverse intrinsic orbital angular momentum (TOAM) are attracting increasing attention because the TOAM provides a new degree of freedom to characterize light–matter interactions. In this paper, using particle-in-cell simulations, we present spatiotemporal high-harmonic generation in the relativistic region, driven by an intense STOV beam impinging on a plasma target. It is shown that the plasma surface acts as a spatial–temporal-coupled relativistic oscillating mirror with various frequencies. The spatiotemporal features are satisfactorily transferred to the harmonics such that the TOAM scales with the harmonic order. Benefitting from the ultrahigh damage threshold of the plasma over the optical media, the intensity of the harmonics can reach the relativistic region. This study provides a new approach for generating intense spatiotemporal extreme ultraviolet vortices and investigating STOV light–matter interactions at relativistic intensities.
high-order harmonic generation relativistic laser–plasma interaction spatiotemporal optical vortex transverse orbital angular momentum 
High Power Laser Science and Engineering
2022, 10(6): 06000e46
作者单位
摘要
1 吕梁学院物理系,山西 吕梁 033001
2 山西师范大学物理与信息工程学院,山西 临汾 041004
通过数值求解单电子近似下的一维含时薛定谔方程,从理论上研究了受体掺杂半导体高次谐波的产生。结果表明,受体掺杂后第二平台的谐波效率比未掺杂时提高了约3~4个数量级。理论分析发现,掺杂改变了半导体的能带结构,使价带与第一导带以及第一导带与第二导带之间的带隙变窄,电子更容易隧穿到更高导带,使高导带的电子布居数增大,从而提高了第二平台的谐波效率。
原子与分子物理学 高次谐波 受体掺杂半导体 含时薛定谔方程 
激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1302001
作者单位
摘要
延安大学 物理与电子信息学院,陕西 延安 716000
通过数值和解析相结合的方法研究了对称和不对称分子谐波辐射与其结构的内在关系。首先应用虚实演化法得到了对称分子H2+和不对称分子HeH2+的基态波函数的数值表达式,从基态波函数出发,计算了束缚-连续态跃迁偶极矩,并与纯解析方法得到的跃迁偶极矩进行了比较。结果表明:对于对称分子H2+,用虚实演化方法计算得到的基态波函数显著改善了奇次偶极矩和奇次谐波谱的一致性;对于不对称分子HeH2+,得到的基态波函数显著改善了奇偶偶极矩最小值和奇偶谐波极化最大值之间的一致性;结果验证了高次谐波谱与跃迁偶极矩之间的一一对应关系。通过跃迁偶极矩可重构分子轨道,从而深入了解对称分子高次谐波与对称分子轨道之间的相互关系及不对称分子奇偶高次谐波与不对称分子轨道之间的相互关系。
高次谐波 跃迁矩阵元 数值法 解析法 对称分子 不对称分子 High-order harmonic generation Transition matrix elements Numerical method Analytical method Symmetric molecules Asymmetric molecules 
光子学报
2022, 51(3): 0302001

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