高亮度高次諧波極紫外光源研究進展 | 進展

極紫外高次諧波光源是高功率飛秒激光與惰性氣體強非線性相互作用產(chǎn)生的高能量光子相干輻射光源。由于它具有極好的相干性和窄脈沖寬度特性，在阿秒激光、阿秒科學(xué)、時間分辨光電子能譜、光刻和半導(dǎo)體晶元檢測等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。由于氣體高次諧波轉(zhuǎn)換效率比較低，較弱亮度高次諧波光源限制了其應(yīng)用，如何提高轉(zhuǎn)化效率獲得高亮度極紫外光源一直是超快激光研究的重要方向。

為了要提高其亮度，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心HX-07課題組依托綜合極端條件實驗裝置，從驅(qū)動光源和氣體靶的設(shè)計兩方面著手解決，通過采用高功率飛秒激光和增加相互作用區(qū)域相位匹配來提高轉(zhuǎn)換效率和高次諧波亮度。在驅(qū)動器方面，自行研制了一臺重復(fù)頻率為1MHz，平均功率為200W的飛秒激光，再由熔石英薄片多通腔光譜展寬與壓縮方案，實現(xiàn)將脈沖寬度壓縮8倍，峰值功率提升到5.35 GW，有利于驅(qū)動產(chǎn)生高亮度高次諧波。在氣體靶方面，我們仔細研究了氣體密度分布與噴嘴大小、位置等關(guān)系，設(shè)計了差分結(jié)構(gòu)的氣體靶，提高了相互作用區(qū)域氣體密度，同時降低了背景氣壓，優(yōu)化相位匹配提高了轉(zhuǎn)換效率。

圖. 高亮度高次諧波測量結(jié)果

基于上述兩方面的研究，最終獲得光子能量覆蓋20.47 eV to 46.95 eV 的高次諧波XUV光源，單級次光亮度為 1.07×1011 phs/s。該光源從驅(qū)動激光到高次諧波產(chǎn)生、單級次選取、傳輸與聚焦等全部自研，不僅指標處于國際先進，而且實現(xiàn)了國產(chǎn)替代。

該光源將與角分辨光電子能譜儀以及光電子顯微鏡等終端設(shè)備結(jié)合，實現(xiàn)對凝聚態(tài)物質(zhì)、超導(dǎo)材料、低維量子材料等時間分辨的應(yīng)用研究。相關(guān)成果以“Sub-30-fs high power laser based on solid multi-pass cell and application for high flux high harmonic generation”為題發(fā)表于Optics Letters49, 6992-6995 (2026)。 研究生杜超為第一作者，滕浩研究員和魏志義研究員為共同通訊作者。該研究工作獲得了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金重點項目和中國科學(xué)院等的資助。文章末尾致謝部分，作者團隊對綜合極端條件實驗裝置（SECUF）進行了專門致謝。

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