我校金成教授在高次谐波光谱的研究中取得系列新进展

时间:2018-04-24 09:33 来源:南理工 浏览数:1065


近日,我校应用物理系金成教授在利用两色激光调控高次谐波光谱的研究中取得新进展,相关研究成果发表在物理1区期刊《Photonics Research》上,题目为“Control of soft X-ray high harmonic spectrum by using two-color laser pulses”(https://doi.org/10.1364/PRJ.6.000434)。金成教授为该论文的第一\通讯作者,合作单位为美国堪萨斯州立大学。


  

高次谐波是由超快飞秒(10-15秒)激光与气体或固体相互作用产生的,频率为基频光几十倍、几百倍,甚至上千倍的光,其波长覆盖了从极紫外(XUV)到X射线的波段,可用来产生阿秒(10-18秒)脉冲,是高分辨率生物成像和探测原子、分子内部电子的动力学行为以及材料表面超快动力学等微观过程的重要工具。在工业和科学应用中,通常是用不同材料制造的滤光片来选择所需要的特定波长范围内的高次谐波光源,然而这种方法在软X射线波段范围内的应用中受到了滤光片材料制备和选取上的强烈限制。金成教授在研究中,提出了一种不依赖于滤光片,而是利用两色激光来调节高次谐波产生过程中的相位不匹配,从而达到控制其光谱结构的有效方法。研究发现,软X射线高次谐波光谱可以在适当的气体靶长度和气压组合下被抑制(如上图所示),等离子体、介质色散和激光束相位共同作用下的高次谐波相位不匹配机制在其中起到了关键作用,并且软X射线高次谐波被抑制的程度和光谱范围都可以通过调节气体密度来控制。这一研究成果为软X射线范围内阿秒光源的应用奠定了重要基础。


  

金成教授还在高次谐波光谱截止能量拓展的研究中取得了新进展,相关研究成果发表在物理1区期刊《Optica》上,题目为“Extended phase matching of high harmonic generation by plasma-induced defocusing”(https://doi.org/10.1364/OPTICA.4.000976)。金成教授为该论文的共同通讯作者,合作单位包括台湾国立清华大学和美国堪萨斯州立大学。

高次谐波作为一种新型光源,如何有效的拓宽它的波段范围是学术界关注的热点问题。然而,由临界电离几率所决定的驱动激光与高次谐波场之间的相位匹配限制了高次谐波光谱的截止能量。金成教授与台湾国立清华大学陈明彰(Ming-Chang Chen)实验团队合作,提出了在高气压、短气体介质条件下,通过光圈来改变入射激光束的空间分布,并利用等离子体作用下驱动激光的散焦效应来调整截止能量附近的相位匹配条件的方法,从而将氩气与800 nm 激光相互作用产生的高次谐波截止能量由50 eV 左右拓展到70 eV 左右(如上图所示)。这种新的相位匹配机制被命名为散焦辅助相位匹配(defocusing-assisted phase matching -- DAPM)。这一研究成果也为改善X射线波段范围内高次谐波光源的强度提供了可行方案。

上述两项研究工作得到了江苏特聘教授、国家“青年千人计划”人才项目和国家自然科学基金(11774175)、南京理工大学自主科研项目(30916011207)的资助。