[发明专利]一种通过外加太赫兹波场拓宽紫外超连续谱的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高次谐波产生技术，特别涉及一种通过外加太赫兹波场拓宽紫外超连续谱的方法。

背景技术

飞秒超快激光是人们对分子内部原子动力学过程研究的重要工具之一。自从1960年世界上第一台激光器诞生以来，强激光技术就得到了迅速的发展。强激光的发展经历了三个阶段：第一阶段利用调Q技术实现了纳秒量级的激光脉冲输出；第二阶段是利用主动锁模技术实现了皮秒量级的激光脉冲输出；第三阶段是通过啁啾脉冲放大技术得到了高强度的飞秒光脉冲。然而，原子和分子的超快电子过程一般发生在阿秒量级，而传统飞秒激光的极限脉宽约为2.6飞秒（包含一个光周期），所以对于原子和分子的超快电子过程研究需要更短脉宽的阿秒脉冲。

目前，对于探索阿秒脉冲的产生主要有两个可行的方向：一是利用超强超短脉冲与惰性气体的非线性效应产生高次谐波；另一种是相位锁定光学参量或者同步飞秒激光产生的可见光亚谐波合成技术。其中，高次谐波产生阿秒脉冲技术被认为是产生阿秒脉冲最为有效的办法。

一般高次谐波的产生方法有三种：第一种方法是利用周期量级脉冲电离气体介质产生高次谐波，在高次谐波的截止区位置附近产生超连续谱，通过傅里叶变换获得阿秒脉冲。该方法产生的阿秒脉冲强度往往比较低，对驱动脉冲的脉宽和载波相位都具有非常苟刻的要求。第二种方法是偏振门技术,通过采用偏振方向互相垂直的双色激光电场构建偏振时间门，控制电子波包的运动，调控偶极辐射，可以使用较长脉宽的泵浦激光脉冲获得单个阿秒脉冲，但是由于泵浦光在大部分时间范围内处在椭圆偏振态,降低了驱动电子的回复几率,从而导致了气体介质中高的自由电子密度，降低孤立阿秒脉冲的产生效率。第三种方法是双色场技术，通过在基波电场中加入一个弱二次谐波电场，打断原有基波电场相邻半周期的对称性，改变电子的运动路径和复合，从而有效地改变高次谐波谱截止区的位置和光谱范围，但是二次谐波电场对基波电场对称性的改变很小，从而对最后产生的高次谐波的光谱调谐范围也就非常有限，不利于产生超宽带可调谐的连续谱。

发明内容

本发明是针对现在高次谐波产生的超连续谱宽度不够和不能有效便捷调节的问题，提出了一种通过外加太赫兹波场拓宽紫外超连续谱的方法，通过在初始驱动电场中加入一个时间同步的弱太赫兹波电场，可以将初始驱动电场相邻半周期的对称性变化的更彻底，从而可以更大程度的调控电子的运动路径和最终的复合，可以高效地拓宽紫外超连续谱，并且适用于所有可以辐射高次谐波的飞秒光源。此外，外加弱太赫兹波场还能保证紫外精密光谱的线性啁啾，便于后期压缩得到超短的阿秒脉冲，甚至进入仄秒的时间范围。

本发明的技术方案为：一种通过外加太赫兹波场拓宽紫外超连续谱的方法，从飞秒光源出射的初始脉冲光经过分束片分成两束，一束经过延时系统输出，或通过外加驱动构成双色光源或三色光源后经过延时系统输出；另一束经过太赫兹波产生系统辐射出太赫兹波，太赫兹波的强度和频谱宽度可通过太赫兹波产生系统独立调节；出射的太赫兹波与延时系统的输出光通过硅片进行空间合束，合束后的光通过窗片进入真空腔，由真空腔内抛物面镜收集并聚焦在真空腔中的气体靶处，光与气体靶喷射的气体介质发生非线性作用辐射出高次谐波，产生的高次谐波和剩余的驱动场、太赫兹波通过输出窗口出射到金属滤膜，经过金属滤膜将剩余的驱动场、太赫兹波滤除，高次谐波进入X射线光谱仪被收集探测。

所述通过延时系统的一束光路可以是构建成产生高次谐波的各种光源，包括单束基波光源，双色光源，三色光源。

所述金属滤膜根据产生的高次谐波波段选取，有不同的紫外截止波长。

本发明的有益效果在于：本发明一种通过外加太赫兹波场拓宽紫外超连续谱的方法，通过在初始驱动电场中加入一个时间同步的弱太赫兹波电场，可以将原有可以辐射高次谐波的任意飞秒光源的驱动电场相邻半周期的对称性变化的更彻底，从而可以更大程度的调控电子的运动路径和最终的复合，可以高效地拓宽紫外超连续谱，并且适用于所有可以辐射高次谐波的飞秒光源。此外，外加弱太赫兹波场还能保证紫外精密光谱的线性啁啾，便于后期压缩得到超短的阿秒脉冲，甚至进入仄秒的时间范围。

附图说明

图1为本发明一种拓宽紫外超连续谱的装置结构示意图；

图2为本发明一种通过气体等离子体产生的太赫兹波场拓宽紫外超连续谱的实施例1装置结构示意图；

图3为本发明一种通过气体等离子体产生的太赫兹波场拓宽紫外超连续谱的实施例2装置结构示意图；

图4为本发明800nm单色光场外加太赫兹波场仿真模拟图；