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双色激光场中极端远紫外超连续谱相干辐射产


□ 程 亚 徐至展

  摘要 通过脉宽为周期量级的超快强场激光脉冲与惰性气体原子的极端非线性相互作用,能够产生单个的阿秒量级的极端远紫外光脉冲。然而,现有的周期量级的激光脉冲的最短脉宽仍在两个光周期左右,尚不足以支持产生脉宽短于100as的单个极端远紫外脉冲。文章作者首次提出通过在一个周期量级(如6fs)激光脉冲上再叠加一个强度较弱但相对位相精确控制的二倍频激光,能够直接实现单个的65as光脉冲。如进一步经过位相补偿,将有望产生一个脉宽仅为23as的单脉冲,从而将阿秒光脉冲的时间宽度推进到短于一个原子时间单位。
  关键词 周期量级的超快强场激光脉冲,高次谐波产生,极端远紫外超连续谱,阿秒光脉冲
  
  由于电子围绕原子核运动的时间尺度在亚飞秒(1fs=10-15s)量级,因此阿秒(1as=10-18s)量级的极端远紫外(extreme ultraviolet,简称XUV)相干光脉冲的出现为实现对电子在原子和分子中运动的超快动力学过程进行直接观测提供了可能。目前尽管已经有若干方法可以产生阿秒光脉冲的序列,如对拉曼谱
  边带或者惰性气体中产生的高次谐波进行傅里叶合成等等,而迄今实验上成功实现单个阿秒光脉冲的主要途径有如下两条:(1)利用周期量级的驱动激光脉冲产生高次谐波(HHG)的方法;(2)通过偏振门技术缩短高次谐波产生的有 效时间的方法。受到目前可实现的最短驱动激光脉宽的限制,利用上述前一种方法在当前仍无法实现脉宽短于100 as的XUV光脉冲。而利用后一种偏振门技术尽管在目前已经产生了脉宽约为130 as的XUV光脉冲,然而在合成偏振门的过程中只有小部分的驱动脉冲能量能被真正用于阿秒脉冲的产生,从而降低了阿秒脉冲的产生效率。为了解决这一系列问题,我们首次提出利用一个强度相对较弱的二倍频激光场,对周期量级主驱动基频激光场进行波形整形,可以在当前已经具备的超快强场激光技术条件下,突破实现脉宽短于100 as的单个XUV光脉冲。
  
  在我们的数值模拟中,采用了由一个脉宽为6fs、中心波长为800nto的周期量级基频激光脉冲与二倍频光脉冲(脉宽为16个光周期)所构成的组合激光场,作为产生阿秒脉冲的驱动源。事实上,长脉冲二倍频光的脉宽选取对模拟结果的影响不大。模拟计算中采用了氦原子作为模型原子,并假设基频和二倍频激光脉冲的峰值强度分别为1.4×1015W/cm2和5.5×1013W/cm2。首先,我们在图中展示了数值模拟中所考虑的三种激光场的电场分量形式:虚线表示单个6 fs脉冲的电场分量;点状虚线表示无时延的双色激光场的电场分量;实线表示在基频光脉冲和二倍频光脉冲之间有一个-166.7as时延的双色激光场的电场分量。 ......
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摘自:物理
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