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超强激光科学卓越创新简报

(第三百二十一期)

2022年11月14日

永利网99007770nm在高光子能量的高次谐波产生方面取得进展

  近期,永利网99007770nm强场激光物理国家重点实验室在高光子能量的高次谐波产生方面取得进展,相关成果以“High-order harmonic generation in an x-ray range from laser-induced multivalent ions of noble gas”为题,作为封面文章在Optica上发表。

  原子内电子动力学的实时观测需要从飞秒到阿秒的超短时间,高次谐波产生(HHG)主要用于亚飞秒级的台式化相干光源,但目前大多数应用还限于极紫外波段。扩展到keV以上的台式化相干X射线源具有多种用途,包括4D成像和半导体检测,它可以获取原子、分子和凝聚态物质的深内壳层电子动力学,例如材料元素分辨、电荷/自旋/原子/光子的耦合运动等,要求光子能量高于500 eV,甚至高达几keV。

  然而此前实验上报道的X射线波段HHG主要是采用波长为3.9 μm的中红外激光与He原子相互作用产生1.6 keV的谐波。由于HHG的产生效率正比于λ-5.5,因此波长越长谐波的产生效率急剧降低,因此该实验需要高达35 atm的气压以提高产生效率,实验难度极大。我们采用光强2.5×1016W/cm2的高强度1.45μm近红外激光与Kr气相互作用,通过多价离子参与谐波产生过程,突破了Kr原子饱和光强的限制,在小于1 atm的较低气压下获得5.2 keV高次谐波。这不仅降低了实验难度,也是迄今我们所知的通过HHG机制产生的最高光子能量。

  本工作得到国家自然科学基金重大仪器专项、重点项目、面上项目、先导B和中科院青年创新促进会的支持。

  原文链接

(a)通过近红外激光与Kr原子和多价离子相互作用产生的HHG示意图;(b) Kr气体与光强为2.5×1016 W/cm2的线偏振激光相互作用的HHG光谱;(c) 将(b)图中的2–7 keV范围进行放大。

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