中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所曾志男、鄭穎輝研究員的課題組提出了利用多光周期中紅外垂直偏振雙色場產(chǎn)生高強(qiáng)度keV單阿秒脈沖的方案。利用這一方案產(chǎn)生的阿秒脈沖強(qiáng)度相比于傳統(tǒng)方法有較大的提高，強(qiáng)度比單色場方案提高30倍，比平行偏振雙色場方案提高5倍。
圖1 長波長激光與原子相互作用可以產(chǎn)生阿秒脈沖，反過來阿秒脈沖也可以用來給原子內(nèi)部的電子運(yùn)動(dòng)過程“拍電影”。
（圖片來源：http://www.nanowerk.com/news/newsid=15840.php）
高強(qiáng)度的keV單阿秒脈沖（IAP）以其在物理、材料和信息技術(shù)等眾多領(lǐng)域存在廣泛應(yīng)用，近年來成為研究熱點(diǎn)。阿秒脈沖的產(chǎn)生方法有許多種，其中最有效的方法之一是通過生成高次諧波來得到。高次諧波截止區(qū)光子能量與驅(qū)動(dòng)波長的平方成正比，因此實(shí)驗(yàn)上通常用波長為數(shù)微米的中紅外激光作為驅(qū)動(dòng)光源來產(chǎn)生keV的高次諧波。然而，由于轉(zhuǎn)換效率以波長的-5到-6次方形式急劇下降，因此通過單色場高次諧波方法產(chǎn)生的單阿秒脈沖強(qiáng)度很低，極大地限制了其應(yīng)用范圍。
為克服keV單阿秒脈沖強(qiáng)度低的問題，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所曾志男、鄭穎輝研究員的課題組提出了利用多光周期中紅外垂直偏振雙色場（MIR-OTC）產(chǎn)生高強(qiáng)度keV單阿秒脈沖的方案。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用這一方案產(chǎn)生的阿秒脈沖強(qiáng)度相比于傳統(tǒng)方法有較大的提高，強(qiáng)度比單色場方案提高30倍，比平行偏振雙色場方案提高5倍。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Chinese Optics Letters 2017年第7期上。
圖2 利用多光周期1800 nm/900 nm中紅外垂直偏振雙色場方案得到高次諧波譜光譜。左上圖為高次諧波譜，左下圖為時(shí)頻分析圖；右圖為選取不同的光譜“駝峰”對(duì)應(yīng)時(shí)域上產(chǎn)生的單阿秒脈沖。圖中ω0，T0分別是1800 nm基頻光的角頻率和光周期。
該方案基于光場整形原理，利用多光周期中紅外激光和與之垂直偏振的倍頻光與氦氣相互作用，通過改變雙色場延時(shí)，可以在二維方向操控電子與母核的碰撞過程，大幅減少了軌道間的干涉效應(yīng)，由此得到多個(gè)不同光譜段的“駝峰”狀的準(zhǔn)連續(xù)譜。通過這一方案，無需相位補(bǔ)償，直接濾出4 µm/2 µm MIR-OTC方案產(chǎn)生的“駝峰”，可以得到高強(qiáng)度的1.8 keV，約360 as的脈沖。
該工作還指出，利用多光周期驅(qū)動(dòng)脈沖，結(jié)合長聚焦方案，允許更高的抽運(yùn)能量，可以得到更強(qiáng)的keV單阿秒脈沖。相比于傳統(tǒng)方法，該方案簡單易實(shí)現(xiàn)，且更可靠。
后續(xù)工作將討論宏觀傳播對(duì)該方案的影響，并直接利用多光周期太瓦或者拍瓦中紅外垂直偏振雙色場，結(jié)合長聚焦方案，從實(shí)驗(yàn)上產(chǎn)生高強(qiáng)度的keV單阿秒脈沖。
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