激光高次谐波在等离子体中的受激辐射放大——基于激光等离子体的高重复频率软x射线激光理论与实验优化研究

利用飞秒脉冲激光的高次谐波做种子,将其在已经产生粒子数反转的激光等离子体中放大,可以综合高次谐波的优点以及基于激光等离子体的软x射线激光的特点，产生高质量的短脉冲软x射线相干光源。基于CPA技术的超短强激光脉冲与物质靶相互作用产生的高次谐波辐射，除了其波长短这一优点外，还继承了其基频波的优点，比如大谱宽，短脉冲，好的偏振特性和高时空相干性等。尽管这样的光源在科学研究和国民生产中有很多应用，但其大谱宽的性质还是限制了其在某些领域应用。另一方面，基于激光等离子体的软x射线激光，其光谱宽度可以很窄，但其空间相干性以及其随机偏振的特点也限制了它在很多科研领域的应用。申请项目计划将近红外（光谱785－815nm）超短强激光脉冲的高次谐波注入到由可见光激光掠入射激发至粒子数反转状态的激光等离子体增益介质中进行放大，以期获得带宽窄，偏振特性好以及时空相干性高的饱和软x射线激光。

项目研究了飞秒激光脉冲的高次谐波在激光等离子体增益介质中的放大及优化。项目首先优化了利用掠入射泵浦方案以亚焦耳总泵浦能量泵浦产生的Mo-18.9nm软x射线激光；在此基础上，逐步实现了其他波长的软x射线激光。同过5飞秒及25飞秒超短强激光（中心波长800nm）与气体靶的相互作用，以较高效率产生了高达80次的谐波。第42次谐波处在19.04nm，考虑到谐波的宽度，与Mo-18.9nm软x射线激光波长基本重合，被用作种子在由激光泵浦的Mo等离子体增益介质中放大。实验发现，飞秒激光高次谐波种子的最佳入射时间窗口与掠入射泵浦脉冲的入射时间窗口很好地重合。项目还研究探索了实现稳定的高次谐波放大的实验条件及新方案。同时，项目资助研制的设备，也为其他研究项目提供了高精度的光学诊断。