一种通过外加太赫兹波场拓宽紫外超连续谱的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过外加太赫兹波场拓宽紫外超连续谱的方法，使用基波，双色场，三色光场作为初始驱动电场，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，通过硅片将所有光和太赫兹波进行空间合束，合束后的光进入真空腔，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，再经过金属滤膜将去除高次谐波外其他光滤除，得到所需高次谐波。太赫兹波的加入可以将原有基波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，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，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。

【技术实现步骤摘要】
一种通过外加太赫兹波场拓宽紫外超连续谱的方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术的技术方案为：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。本专利技术的有益效果在于：本专利技术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为本专利技术一种拓宽紫外超连续谱的装置结构示意图；图2为本专利技术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为本专利技术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为本专利技术800nm单色光场外加太赫兹波场仿真模拟图；图5为本专利技术800nm和2000nm双色光场外加太赫兹波场仿真模拟图。具体实施方式本专利技术一种通过外加太赫兹波场拓宽紫外超连续谱的方法中，太赫兹波的产生方法包括如下几种：一，通过空气等离子体产生太赫兹波，主要基于四波混频原理，在激光汇聚点的前方加上一个倍频晶体，就会使得频率为的超快激光脉冲基波及其倍频光2同时在空气中聚焦，使空气电离，产生强的太赫兹辐射。利用该机制产生太赫兹辐射最大的优点是实验设备简单，结构紧凑，通过调节倍频晶体、聚焦透镜、双色半波片参数就能实现调控产生的太赫兹波的频谱宽度和强度。二，通过铌酸锂晶体产生太赫兹波，主要基于光整流效应，利用飞秒激光和非线性介质相互作用而产生低频电极化场辐射太赫兹波。利用周期极化的铌酸锂晶体可以产生超强的窄带太赫兹辐射。高次谐波目前比较成功的理论解释是半经典的三步电离模型：首先在外加强电场的作用下，弱束缚电子遂穿过库伦场和激光场形成的势垒成为准自由电子，在线偏振激光场中进行加速运动获得动能，当驱动电场改变方向，电子减速反向回到原子核附近时与母核碰撞并以一定几率复合辐射出一个XUV光子。适用于本专利技术的产生高次谐波的外加驱动电场包括如下几种：一，基波，二，基波外加其倍频光所构建的双色场，三，基波外加其倍频光和三倍频光所构建的三色光场。外加太赫兹波拓宽紫外超连续谱，主要基于双色场技术，因为太赫兹（THz）波段位于远红外和微波波段之间，波长相对通常产生高次谐波所用的近红外800nm光要长很多,即它的一个光周期（等于中心波长除以光速）可以覆盖很多个800nm的光周期。例如，2THz（对应波长为150µm）的光周期为500fs，可以覆盖约186个800nm的光周期（对应光周期为2.67fs）。相较于传统的双色场（800nm和400nm合束）产生高次谐波而言，通过在基波驱动电场中加入一个时间同步的弱太赫兹波电场，可以将原有基波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。如图1所示一种通过外加太赫兹波场拓宽紫外超连续谱的装置结构示意图，由飞秒光源1，分束片2，反射镜A3，反射镜B4，反射镜C5，反射镜D6、反射镜E7、太赫兹波产生系统8、抛物面镜A9、高阻硅片10、窗片A11、真空腔12、抛物面镜B13、气体靶14、窗片B15、滤膜16和X射线光谱仪17组成。从可以辐射高次谐波的任意飞秒光源1出射的初始脉冲光经过分束片2分成两束，一束经过延时系统，或者通过外加不同装置，构建双色光源或三色光源，另一束经过太赫兹波产生系统8辐射出太赫兹波。太赫兹波的强度和频谱宽度可以独立调节和优化。产生的太赫兹波和构建后的驱动场（表示驱动电子运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过外加太赫兹波场拓宽紫外超连续谱的方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种通过外加太赫兹波场拓宽紫外超连续谱的方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭滟，朱亦鸣，方丹，周云燕，罗坤，陈向前，钟宇，郑书琦，刘姝琪，庄松林，
申请(专利权)人：上海理工大学，江苏拓领光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31