中红外激光的水窗波段高次谐波产生

飞秒脉冲激光与物质的高度非线性相互作用是目前物理学领域中最重要的前沿领域之一。飞秒脉冲激光技术的迅速发展使我们能得到越来越高的脉冲能量和接近单个光周期的激光脉冲，从而将激光场与物质的相互作用推进到非微扰、高度非线性的领域，进而导致一系列新效应，新现象，其中之一就是高次谐波的产生。强场物理研究中许多重要的物理效应和物理现象均与激发光的波长有重要的依赖关系，如高次谐波截止光子能量与驱动场的波长平方成正比，因此使用长波长的中红外波段激光是提高高次谐波光子能量的有效途径。近几年随着光参量放大技术的发展，使强场物理研究拓展到波长较长的近中红外波段成为可能。本项目以使用中红外激光脉冲与气体靶相互作用来产生高次谐波为研究重点，目标是把高次谐波的截止区向高能端显著推进，达到在生物活体成像领域有着重要应用前景的水窗波段，并提高高能区高次谐波的产生效率，推动台式化的水窗波段X射线相干光源的实现与应用。

飞秒脉冲激光与物质的高度非线性相互作用是目前物理学领域中最重要的前沿领域之一。飞秒脉冲激光技术的迅速发展将激光场与物质的相互作用推进到非微扰、高度非线性的领域，进而导致一系列新效应，新现象，其中之一就是高次谐波的产生。强场物理研究中许多重要的物理效应和物理现象均与激发光的波长有重要的依赖关系，如高次谐波截止光子能量与驱动场的波长平方成正比，因此使用长波长的中红外波段激光是提高高次谐波光子能量的有效途径。近几年随着光参量放大技术的发展，使强场物理研究拓展到波长较长的近中红外波段成为可能。基于此，本项目提出了使用中红外激光脉冲与气体靶相互作用来产生高能量的高次谐波这一研究目标，力争将高次谐波的截止区向高能端显著推进，达到在生物活体成像领域有着重要应用前景的水窗波段，并尝试提高高能区高次谐波的产生效率，推动台式化的水窗波段X射线相干光源的实现与应用。.在项目执行的三年里，我们在之前的工作的基础上，圆满的实现了本项目的最主要的研究目标，即利用1500纳米的中红外激光在氖气中产生了截止能量大于400电子伏特的水窗波段的谐波辐射。同时我们也为努力尝试提高水窗波段谐波辐射的亮度。我们利用15毫焦耳钛宝石激光系统作为泵浦源，自建了单脉冲能量3毫焦耳高功率的光参量放大器，为实现产生高亮度水窗波段的 XUV相干辐射打好坚实基础。我们提出使用时间空间聚焦的光束来产生高次谐波的方案，并作出原理性探索，发现这种光束有利于突破光强钳制效应而得到更大的峰值光强。我们对高峰值功率激光在松聚焦强电离条件下产生高次谐波的特性做了探索性研究，发现了多周期激光脉冲能够直接产生低能区XUV波段的超连续谱的新特性，可支持271阿秒的单阿秒脉冲的产生。.在实现主要研究目标的过程中，我们也进行了一些相关的基础物理研究。如系统的研究了从红外到中红外波段的高次谐波偏振依赖的波长定标率；垂直偏振的双色场产生高次谐波的理论研究；以及中红外激光在非线性介质中传输的特性的研究等。