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基于光波合成在固体介质中产生阿秒脉冲研究

批准号:
12104501
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
黄沛
学科分类:
超快超强光物理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄沛

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
阿秒脉冲激光的产生,使人们直接测量电子动力学行为成为可能。传统基于气体介质产生阿秒脉冲的技术存在效率低与啁啾难以补偿等不足之处,而近年来在固体介质中产生阿秒脉冲的技术有望解决上述难题,成为新型阿秒光源的研究热点,此方案需要驱动光达到单周期,而现有的单路激光器难以实现,基于相位锁定的光波合成技术通过将不同光谱成分的脉冲进行相干合束,可获得小于单周期的光场。基于此,本项目拟将光波合成技术与固体介质中的阿秒脉冲产生技术相结合,从理论和实验上探索驱动光脉宽、场强、相位以及光子能量对固体高次谐波产生机制的影响。主要研究内容为:(1)搭建可见至中红外波段、单周期光波合成系统作为驱动源;(2)精确调节光波控制电子在固体介质中的带间跃迁与带内振荡过程;(3)获得少啁啾的孤立阿秒脉冲并进行脉冲特性测量。研究成果将有助于促进光波合成技术的发展,并为高效率阿秒脉冲的产生和极紫外阿秒光源的简化提供一种可行性方案。
英文摘要
Observation of electron dynamics becomes possible after the born of attosecond laser. Conventional technology of attosecond pulse generation, which is based on laser-induced gas ionization and recombination, facing issues in low efficiency and difficult chirp compensation. But attosecond pulse generation from solids is able to solve these issues, which becomes a hot research topic in recent years. For the driven laser for attosecond pulse generation, sub-cycle light field can be obtained by phase-locked waveform synthesizer technology, which coherently combines short pulses with different spectrum,breaks the limit on pulse duration of a single-channel laser with a single spectrum, and is beneficial for shorter attosecond pulse generation. In this project, we intend to combine the waveform synthesizer technology with solid target for the generation of attosecond pulses. The influence of driving light pulse duration, field strength, phase and photon energy on the mechanism of high-order harmonic generation in solids will be investigated. The main research content of this project includes: (1) Developing a single-cycle waveform synthesizer with spectrum covers visible to mid-infrared wavelengths;(2) Controlling the inter-band polarization and intra-band oscillation of electrons in the solid by precisely adjusting the parameters of the driven light filed; (3) Generating and characterizing attosecond pulses with low-chirp. The project will promote the development of light waveform synthesizer technology, and provide a feasible approach for high-conversion-efficiency extreme ultraviolet attosecond pulse generation with great simplicity.
本项目瞄准阿秒激光光源技术发展前沿,探索高性能飞秒驱动源对固体高次谐波影响。基于本项目,成功地搭建了紫外至中红外波段周期量级光脉冲源,并开展了固体高次谐波的深入研究。不仅实现了从驱动源到固体高次谐波的整套系统的搭建,还基于高次谐波技术研究了石英晶体在不同切割角度下的旋转特性。此外,项目还成功实现了20 eV以上的极紫外光源,为后续高效简便的极紫外阿秒光源的开发提供了可行性方案。研究内容及意义主要包括以下几个方面:.1、项目实现了紫外至中红外波段周期量级脉冲的成功产生。分别获得了中心波长为400 nm、800 nm和2000 nm的周期脉冲,脉宽最短分别为6.8 fs、10 fs和12 fs。它们不仅是高次谐波产生和阿秒脉冲产生的理想光源,还非常适合用于泵浦探测实验研究。可为超快光学、光通信、材料表征等领域的研究提供理想光源。.2、项目提出并搭建了一种超短脉冲测量新方案,基于微扰的三阶非线性全光采样。该方案的核心思想是通过三阶非线性效应对超短脉冲进行光电场测量,测量波段范围涵盖了从深紫外至远红外,测量脉宽能够达到亚周期。此外,该方法还具有高灵敏度、高速度、低能耗和高带宽等优点。这一新型测量技术不仅为超快光学脉冲的时域特性研究提供了新的手段,还为进一步提升超短脉冲光源的性能和应用范围提供了技术支持。.3、在固体高次谐波研究方面,对石英晶体在不同切割角度下的旋转特性进行了系统研究,揭示了不同材料、不同晶体结构对高次谐波影响。为理解激光与固体材料相互作用的物理机制提供了实验数据。同时,通过固体高次谐波技术成功生成了20 eV以上的极紫外光源,为极紫外光源技术的优化和应用开辟了新的方向。.本项目通过对紫外至中红外波段周期量级脉冲的搭建,提出了新型的超短脉冲光电场测量技术,并在固体高次谐波研究和极紫外光源产生方面取得了显著突破。这些研究不仅丰富了超快光学领域的理论体系,也为材料科学、纳米技术、光通信等多个领域的应用研究提供了重要支持。.
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