[發明專利]高次諧波固有啁啾的動態補償和脈沖壓縮的方法和裝置

無效

• 申請號: 200910055182.1
• 申請日: 2009-07-22
• 公開（公告）號: CN101615754A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: 鄭穎輝;曾志男;鄒璞;李儒新;徐至展
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/109
• 分類號: H01S3/109;G02F1/35
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及阿秒脈沖，是一種高次諧波固有啁啾的動態補償和脈沖壓縮的方法和裝置，能夠對極紫外(XUV)和軟X射線波段的阿秒脈沖進行啁啾補償和脈沖壓縮，從而獲得變換極限的阿秒脈沖。

背景技術

高次諧波產生以及基于高次諧波產生的阿秒脈沖輻射近年來得到了廣泛深入的研究。在眾多重要的應用中，阿秒脈沖以前所未有的精度探測超快電子動力學以及極紫外波段頻率梳的產生都吸引了人們巨大的關注。這些應用決定了目前最重要的目標之一就是獲得盡可能短的阿秒脈沖。雖然迄今為止已有多種產生阿秒脈沖的方法，比如在高次諧波產生過程中成功地選擇單條返回電子路徑可獲得支持極短阿秒脈沖產生的超寬帶極紫外超連續譜，但是變換極限阿秒脈沖的進一步獲得仍受諧波輻射固有啁啾的限制，這源于激光強度誘導的原子偶極位相。因此，對阿秒諧波脈沖進行位相控制和啁啾補償從而產生變換極限阿秒脈沖就變得至關重要。

至今已有的可控制阿秒脈沖啁啾的方法有兩種，分別為采用X射線波段啁啾鏡(A.Morlens?et?al.，Opt.Lett.30，1554(2005))和透過負群速色散(GDD)介質，如金屬薄膜(R.López-Martens?et?al.，Phys.Rev.Lett.94，033001(2005))和氣體介質(K.T.Kim?et?al.，Phys.Rev.Lett.99，223904(2007))。前者由于X射線波段的啁啾鏡制作工藝高難而在實驗中難于操作，后者依賴于透過介質的色散特性，難以避免的是介質在提供了色散補償的同時，也對諧波輻射存在一定的吸收損耗，這就需要在介質可提供的負群速色散和吸收損耗之間尋求一個平衡，因此這限制了實現啁啾補償的光譜范圍。除此以外，以上所述的方法均是基于材料的色散特性，在極紫外波段絕大多數材料都是負色散特性，因此至今，實驗上實現的僅僅是對正啁啾的補償。由于需要尋找具備正群速色散的合適材料，因而對XUV波段阿秒脈沖進行負啁啾的補償是極其困難的。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種高次諧波固有啁啾的動態補償和脈沖壓縮的方法和裝置，對極紫外和軟X射線波段的阿秒脈沖進行啁啾補償和脈沖壓縮，使啁啾補償可從負到正的連續調節，從而獲得變換極限的阿秒脈沖。

本發明的技術解決方案如下：

一種高次諧波固有啁啾的動態補償和脈沖壓縮的方法，該方法是利用雙色激光場對電場的整形作用，當在基頻光上疊加一個弱倍頻場時，倍頻場在諧波產生過程中引入一個sin函數形式的附加相位項，隨著雙色場之間相對延遲的變化，這個附加相位項可從負到正周期性地變化，從而使得對阿秒脈沖的啁啾補償可從負到正的連續變化，獲得變換極限的阿秒脈沖。

一種高次諧波固有啁啾的動態補償和脈沖壓縮的裝置，特征在于其構成是：包括沿所述的基頻光的前進方向依次的會聚透鏡、BBO倍頻晶體、時間延遲片、雙波段波片和高次諧波產生腔，該高次諧波產生腔具有輸入窗口和輸出口，所述的高次諧波產生腔的真空度達10^-2Pa以上，在該高次諧波產生腔內設置氣體盒，該氣體盒充有第一惰性氣體，在所述的高次諧波產生腔的輸出口通過接口連接一個高次諧波脈沖測量腔，該高次諧波脈沖測量腔具有10^-4Pa的真空度，在該高次諧波脈沖測量腔中沿光路依次設置矩形金屬薄膜片、球面鏡、柱面鏡、中心開小孔的石英片、時間延遲系統和充第二惰性氣體的噴嘴，直至該高次諧波脈沖測量腔后腔面的接口，一臺時間飛行電子譜儀的軸向垂直于所述的光束傳播方向和激光偏振方向所構成的平面，該時間飛行電子譜儀的輸出端與示波器相連，所述的球面鏡、柱面鏡和時間延遲系統按掠入射方式設置，所述的時間延遲系統由兩片鍍金的方形平面鏡組成，一個方形平面鏡中間設方形小孔，該孔中是個微型方形平面鏡，該微型平面鏡裝在壓電陶瓷控制的步進電機上，該步進電機由計算機來控制。

所述的會聚透鏡是前后表面都鍍有基頻光0°增透膜的會聚透鏡。

所述的時間延遲片(time-plate)是由方解石晶體或α-BBO晶體制作而成，具體參看美國專利局的專利“Tunable?time?plate”，專利號5852620，目的是利用相互垂直偏振的基頻和倍頻光在晶體中具有不同折射率的特性來調節基頻與倍頻光之間的相對延遲并可補償雙色場透過光學元件時引入的群速色散差，從而實現雙色場時間同步。

所述的雙波段波片是基頻光的真零階半波片，厚度43μm，是基頻光的半波片同時又是倍頻光的全波片，用于調節雙色場之間的偏振態。

本發明方法的基本原理是：