物理学,光学,飞秒激光

激光与光电子学进展　　　　2000年第2期(总第410期)

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综合评述

超短脉冲强激光场产生高次谐波

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相位匹配技术的最新研究进展

刘　智　　李儒新　　徐至展

(中国科学院上海光机所强光光学开放研究实验室,上海201800)

提　要　总结了超短脉冲强激光场高次谐波产生相位匹配技术的最新进展;对高次谐波相位匹配的理论进行了讨论,并对相位匹配技术的应用提出了一些看法。关键词　强激光场,高次谐波,相位匹配技术

1　引言

　　近十年来,超短脉冲激光技术已取得了巨大的进步。随着新型宽带激光介质(掺钛蓝宝石)、新的锁模技术(如克尔透镜锁模,孤子锁模)的出现和啁啾电介质反射镜技术的发明,已经使激光脉冲的脉宽达到了10fs以下。将这种激光束聚焦后的功率密度可以高达1020Wcm2,所产生的电场已经远大于原子内部的库仑场。在这种极端物理条件下,激光与物质相互作用所产生的许多现象,如多光子电离,高次谐波产生,原子内壳层光电离等等,已经超过了微扰理论解释的范畴,给许多学科带来了巨大的冲击,并导致了一门新学科强场物理的诞生。在强场物理的研究中,高次谐波辐射是最为活跃的领域之一。

自从1987年Mcpherson[1]用亚皮秒KrF激光(248nm)在惰性气体中首次观察到高次谐波以来,高次谐波辐射就受到人们广泛的关注,在理论[2～4]和实验[5～7]上做了大

　　收稿日期:1999—10—29　　收到修改稿日期:1999—12—10

量的工作,使这一领域的研究取得了日新月异的发展。高次谐波的研究不仅可以揭示强激光场与原子非微扰相互作用规律,而且更为重要的是它的应用意义。首先,强场高次谐波辐射的波长短,能达到10nm以下,而且具有很高相干性,再加上高次谐波的实验设备简单,强场高次谐波便成为一种极有希望的X射线源,它将在等离子体诊断、X射线显微术、其X射线光刻等领域发挥重要作用。次,强场高次谐波辐射可能导致阿秒相干脉冲的产生[8,9]。这种脉冲将以前所未有的精度提供触发和跟踪电子及核子运动的能力,特别是首次可在这个时间范畴里研究原子、分子中束缚电子的量子力学动力学过程和涉及轻元素的化学反应。阿秒技术的实现具有十分重大的应用价值。

但是,以往实验中强场高次谐波的转换效率都较低(≈10-10)[10],这成了阻碍高次谐波走向实用的关键。因此,如何提高谐波转换效率就成了强场高次谐波理论和实验研究的主要问题之一。从目前看来,提高谐波转换效率的主要途径有:利用双色场或多色场对谐波辐射过程进行相位控制[11,12],利用毛细管