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深度解讀
激光驅(qū)動產(chǎn)生固體遠紫外高次諧波譜
星之球激光 來源:光電信息簡報2016-01-04 我要評論(0 )
由激光驅(qū)動原子、分子、或等離子體產(chǎn)生的遠紫外(EUV)高次諧波輻射是阿秒光譜技術(shù)的基礎(chǔ),也為了解物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)和動態(tài)屬性提供了可能。最近的實驗和理論驗證了飛...
由激光驅(qū)動原子、分子、或等離子體產(chǎn)生的遠紫外(EUV)高次諧波輻射是阿秒光譜技術(shù)的基礎(chǔ),也為了解物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)和動態(tài)屬性提供了可能。最近的實驗和理論驗證了飛秒量級的中紅外場與塊狀半導(dǎo)體相互作用可以產(chǎn)生深紫外輻射并且可對其進行光學(xué)控制,從而推動了固體強場物理的發(fā)展。
本文展示了一個利用超薄的 sio2 薄片和脈寬為幾個光學(xué)周期甚至亞光學(xué)周期的強激光脈沖相互作用,產(chǎn)生寬帶的 EUV 輻射,能量達到 40 電子伏特。實驗條件如下:激光脈寬1.5個周期,波長800nm,脈沖能量0.5μJ,入射到一個厚度為 120nm的多晶 sio2 薄膜上,再通過鋁膜只讓 EUV 范圍的光通過,最后用光譜儀探測,如圖1(b)所示,得到的光譜如圖 1(c)所示??梢钥匆姀姸确逯翟谄娲沃C波處出現(xiàn),證明了驅(qū)動光場與發(fā)射的 EUV 場間具有相干性。
在最底端導(dǎo)帶處沿布里淵區(qū)的Γ-Μ方向由激光場驅(qū)動的電子波包如圖 2(a)所示,圖 2(b)所示的是能帶內(nèi)分散的空間諧波成分,每個諧波成分對 EUV 譜的貢獻如圖 2(c)所示,總的發(fā)射譜(黑色)是所有空間諧波的貢獻總和。當(dāng)利用導(dǎo)帶最底端處沿Γ-Μ方向的真實能量分散來計算時,利用半經(jīng)典模擬可以得到與實驗獲得的光譜圖(圖 1c)相符合的結(jié)果,如圖 2(d)所示。進一步驗證了產(chǎn)生的輻射和帶內(nèi)電流之間的相關(guān)性。
圖 3(a)中的 EUV 束輪廓圖的尺寸和形狀都與利用自由空間傳播和半經(jīng)典模擬得到的圖 3(b)圖(藍線)吻合,并且顯示了發(fā)射的 EUV 的全空間相干性。為了進一步獲得了從激光到極紫外的轉(zhuǎn)換效率,圖 3(c)通過對比 sio2和氣體介質(zhì)發(fā)射的 EUV 場發(fā)現(xiàn)從 sio2 發(fā)射的 EUV 場強度比氣體產(chǎn)生的高八倍。當(dāng)使用更強的激光場時,EUV 譜向更高的光子能量擴展可獲得超連續(xù)譜如圖 3(d),使用更強的光場時超薄樣品由于物理融化會產(chǎn)生降解,但是當(dāng)使用較厚的樣品時,物理融化會受到壓制則軟 X 射線的相干發(fā)射會增加。在塊狀固體中的相干非線性電子運動產(chǎn)生寬帶EUV 輻射,為追蹤固體中的強場電子動力學(xué)阿秒控制提供了新的可能。
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