高能量阿秒激光脉冲的产生、测量及在纳米等离激元中的应用研究

High flux attosecond laser source is one of the most important issue of attosecond science in the future, and it has huge potential of applications on nanoplasmonic, atomic and molecular physics. The proposal aims at generation of high energy isolated attosecond pulses based on non-collinear focusing on thick gas target with two CEP stabilized few-cycle laser pulses which is generated by coherent synthesis of two independent lasers with different wavelength range. The XUV pulses with energy of 10 nJ and duration of <200 as will be obtained by optimization of CEP and delay of driving laser pulses. Combination of the attosecond pulse and the developed streaking camera technique, we will study the dynamic behavior of electrons in the atomic size, including the ionization, evolution, transition and photon emission of the inner shell electrons. As a very important application, we are also going to do the attosecond time resolved measurement on the evolution of the plasmonic fields, to further understand the fundamental physics. This work will be beneficial for the development of attosecond laser and the emerging application of plasmonics.

高通量的阿秒激光是未来阿秒科学发展的重要方向，在纳米光学、原子分子物理等领域有着巨大创新应用潜力。本项目针对目前国际上阿秒激光通量不高的瓶颈问题，拟利用相干合成载波包络相位（CEP）锁定的少周期飞秒放大激光脉冲作为驱动激光、采用非共线聚焦与长介质惰性气体靶相互作用产生宽带连续高次谐波的技术方案，建成波长可调的高通量单阿秒脉冲光源,并通过对驱动激光脉宽、能量、CEP等参数的优化控制及气体靶的优化设计，得到脉宽小于200as、脉冲能量大于10nJ的结果。在此基础上结合已有的阿秒条纹相机等测量平台，通过优势互补与合作，深入研究原子尺度上电子运动的超快动力学行为，包括内壳层电子的电离、弛豫、跃迁以及光的辐射等物理问题。作为阿秒激光的重要应用，我们还将对金属纳米颗粒中等离激元共振电场的时间演化行为进行阿秒分辨测量，从而获得对其物理本质的深入理解，这对于阿秒激光的创新发展及应用学科的开拓具有重要意义。

通过采用单脉冲能量为毫焦耳量级的载波包络相位锁定的周期量级激光脉冲，利用非共线聚焦方式与特殊设计的惰性气体靶相互作用产生“干净”的、光谱可调谐的、高通量的单个阿秒激光脉冲。利用已建立的阿秒条纹相机装置实现对所产生的阿秒脉冲的测量。进一步应用这一装置以及所产生的阿秒脉冲进行原子尺度上电子的超快动力学测量，特别是内壳层电子的跃迁弛豫等行为的测量。开展纳米等离激元场的时间弛豫属性的阿秒时间分辨测量，在实现测量技术突破的同时，获得纳米等离激元场的时间动力学信息。.项目在执行期间认真执行了这一研究内容，提出了非共线的阿秒脉冲产生新方法，进行了高次谐波及阿秒脉冲的理论及实验研究。研究了CEP锁定的周期量级飞秒激光产生的新方法，有效提高了脉冲能量。同时研究了基于金属纳米颗粒的等离激元场常中的相关电子声子的动力学行为。因此项目组很好的执行了项目研究计划，基本达到了预期目标。此外，项目组还研究了如气体高次谐波产生中的相位匹配条件、基态耗尽效应以及固体盖次谐波产生等与项目内容密切相关的物理问题。在等离激元场动力学研究中研发出如超快双频光开关等有望实用的光学微器件。