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      基地新聞

      深圳系統芯片設計重點實驗室在《自然·通訊》雜志發表論文
      2018年11月27日 點擊率:

      2018年11月26日,《自然·通訊》雜志在線發表題為“Spectral interferometry with waveform-dependent relativistic high-order harmonics from plasma surfaces”的論文,研究超強脈沖激光與等離子體的相對論作用產生阿秒脈沖前沿內容。  深港產學研基地深圳系統芯片設計重點實驗室馬光金博士與德國馬普量子光學所Dmitrii Kormin、Antonin Borot為該文章的并列第一作者,瑞典于默奧大學Laszlo Veisz教授為文章的通訊作者。

       

      超強激光脈沖與等離子體的相對論相互作用產生高次諧波和對應的阿秒脈沖。如圖所示為實驗使用的玻璃靶,每發激光脈沖損傷光滑玻璃靶表面的一小塊區域,形成一個個“小坑”。左側的紅色斑點顯示激光脈沖焦斑與等離子體發生相互作用的位置。

      對自然界超快物理過程的研究需要越來越短的光脈沖。迄今為止世界上最先進的技術是使用激光與氣體介質相互作用產生激光高次諧波來合成脈沖長度為阿秒量級(1阿秒等于10的負18次方秒,對應原子和分子中電子運動的時間尺度)的光脈沖。另一種可能的路線是使用電離的固體表面(也稱作等離子體鏡)產生高次諧波來獲得阿秒脈沖。前一種技術較為成熟,而后一種技術的主要優點是能夠利用超高峰值功率的激光產生高亮度的阿秒脈沖。與前者相比,通過這種方式產生的阿秒脈沖,能量可以高幾個數量級,是提高阿秒脈沖光源的光子能量、光子數目和脈沖時間性能的最具潛力的方式,尤其在產生相對論強度的阿秒脈沖光源應用中不可或缺。這種方式產生的高能量阿秒光源有望滿足未來阿秒極紫外非線性光學中“極紫外泵浦—極紫外探測”實驗對光源能量的超高要求。到目前為止,主要確認有三種機制可以在等離子體鏡表面產生高次諧波:當激光強度小于相對論激光強度時(小于10的18次方瓦每平方厘米)的尾波輻射機制(CWE),當激光強度遠大于相對論激光強度時的相對論振鏡機制(ROM),以及相干同步輻射機制(CSE)或者也叫相對論電子彈簧模型(RES)。

      從應用的角度講,分立單個的阿秒脈沖比阿秒脈沖鏈更有用途。因此,針對多周期驅動激光脈沖,人們提出了不同的“偏振門”技術,這些技術通常伴隨較高的強度損耗和較低的能量轉換效率。當高對比度少周期強激光技術出現以后,人們可以直接使用“強度門”方案選擇單個的阿秒脈沖。此前,人們已經通過實驗證實尾波輻射機制產生的高次諧波對載波包絡相位的依賴關系及其載波相位控制技術;并通過傾斜少周期強激光脈沖的波前來產生向不同方向傳播的多路分立單個的阿秒脈沖。雖然人們也預期少周期激光驅動的高次諧波與激光電場波形相關,但是相對論情形下的高次諧波產生過程對激光載波包絡相位的依賴關系,以及此種情形下的分立單個阿秒脈沖從未被實驗證實。

      該文實驗研究了由兩周期激光脈沖驅動相對論等離子體鏡產生依賴于激光電場波形的高次諧波,為相對論情形下高次諧波鎖相形成分立單個的阿秒脈沖提供了實驗證據。通過光譜干涉分析的方法理解高次諧波的相對論產生過程,從而揭示了從未觀測到的時間空間信息:例如少脈沖阿秒脈沖鏈中各脈沖的光譜,各脈沖之間的光譜相位差、時間間隔,分立脈沖的對比度,以及場驅動等離子體表面的運動。實驗還同時測量激光脈沖的電場波形,所以實驗結果也揭示了相對論激光與等離子體相互作用對激光載波包絡相位的依賴關系。

      兩周期激光脈沖驅動產生的極紫外光譜對激光載波包絡相位的依賴關系。上圖:實驗測量結果;下圖:粒子模擬結果。

       

      三個不等間距光脈沖的光譜干涉原理。(a)三個不同光譜幅度、不等間距阿秒脈沖形成的調制光譜。(b)對光譜進行傅里葉變換的結果。(c)各兩脈沖對的對應光譜。(d)各兩脈沖對之間的相位差。(e)重構得到各阿秒脈沖的光譜與其對應的真實光譜的比較。(f)重構得到各阿秒脈沖的時間結構與其對應的真實時間結構的比較。

       

      該項研究受到德國研究基金會TR18項目、慕尼黑高級光子學項目、歐盟聚變團體框架項目、歐盟原子能機構研究和培訓項目2014-2018(633053)等項目支持。 Laszlo Veisz教授受到瑞典研究基金會支持(2016-05409),馬光金博士受到中國博士后科學基金項目(2017M622015)支持,Márk Aladi和István B. F?ldes受到歐洲激光實驗室項目MPQ00219支持。

      原文鏈接:https://dx.doi.org/10.1038/s41467-018-07421-5

       相關鏈接:https://doi.org/10.1038/s41467-018-07421-5

       

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