一种产生近似圆偏的极紫外相干光源的方法技术

本发明专利技术公开一种产生近似圆偏的极紫外相干光源的方法，所述方法包括步骤：S1、对线性偏振入射激光进行增强使其强度量级达到1013～1014W/CM2；S2、将增强之后的入射激光与双原子气体分子进行相互作用产生谐波，所述谐波波谱具有两个不同方向的分量，调整所述线性偏振入射激光的偏振方向与分子轴的夹角，直至获取产生光源所需的谐波阶段，所述谐波阶段内谐波波谱分量能量强度相等、相对相位为90°；S3、将所述谐波阶段内能量强度相等，相对相位为90°的两个谐波分量的波谱转换为两个阿秒脉冲，合成后得到近似圆偏的极紫外相干光源。实施本发明专利技术可产生谐波效率高、脉宽短的近似圆偏的极紫外相干光源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超快激光
，更具体地，涉及一种产生近似圆偏的极紫外相干光源的方法。
技术介绍
基于高次谐波的阿秒脉冲在超快动力学探测方面有着广泛的应用前景。由于高次谐波本身具有极佳的相干性，因此成为了相干极紫外光源的首选方案。过去大多数研究主要用来产生线性偏振的阿秒脉冲，但是对于单个阿秒脉冲的椭偏特性也有重要的应用。例如，在强场电离过程中，N2分子产生的具有椭偏的谐波谱能够探测多电子效应。圆偏的脉冲能够产生旋转的圆形电子波包，导致物质内部磁场在阿秒时间尺度对时间有大的依赖性，因此产生圆偏的阿秒脉冲对于探测超快电子动力学等方面具有重要意义。目前，产生圆偏的阿秒脉冲大致有以下两种方案：(1)使用两个旋转偏振方向相反的圆偏激光场。(2)使用椭偏的激光场和静电场或者太赫兹场结合。这两种方法都是使用的具有椭偏率的激光脉冲驱动场，电子的回复率随着驱动场的椭偏率的增加而降低，产生的阿秒脉冲脉宽较长，强度较低，无法很好地进行实际应用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种产生近似圆偏的极紫外相干光源的方法，方法采用线性偏振的入射激光，增强后与双原子气体分子相互作用产生高次谐波，进行相应处理后得到极紫外相干光源，本专利技术谐波效率高，产生的脉宽短。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种产生近似圆偏的极紫外相干光源的方法，所述方法包括步骤：S1、对线性偏振入射激光进行增强使其强度量级达到1013～1014W/CM2；S2、将增强之后的入射激光与双原子气体分子进行相互作用产生谐波，所述谐波波谱具有两个不同方向的分量，调整所述线性偏振入射激光的偏振方向与分子轴的夹角，直至获取产生光源所需的谐波阶段，所述谐波阶段内谐波波谱分量能量强度相等、相对相位为90°；S3、将所述谐波阶段内能量强度相等，相对相位为90°的两个谐波分量的波谱转换为两个阿秒脉冲，合成后得到近似圆偏的极紫外相干光源。作为进一步优选地，所述步骤S1中，选用等离子体增强场对线性偏振入射激光进行增强。作为进一步优选地，所述双原子气体分子为N2。作为进一步优选地，所述线性偏振入射激光的偏振方向与分子轴成25°～35°夹角。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：本专利技术采用线性偏振的入射激光，增强后与双原子气体分子相互作用产生高次谐波，进行相应处理后得到近似圆偏的阿秒脉冲。相对于现有技术的产生方法，本专利技术方案电子回复效率较高，电子和母核复合后高次谐波的产生效率较高，产生的脉宽较短。附图说明图1为本专利技术产生近似圆偏的极紫外相干光源的方法流程图；图2为本专利技术产生近似圆偏的极紫外相干光源的方法原理示意图；图3是不同的谐波阶次下不同的取向角β所对应的谐波椭偏率；图4(a)为β取30°时，x、y两个方向的谐波谱示意图；图4(b)为β取30°时，x、y两个方向谐波分量的相对相位示意图；图5(a)为β取30°时，x方向的时频分析图；图5(b)为β取30°时，y方向的时频分析图；图6(a)为β取30°时，谐波阶段为140到170次的条件下，近似圆偏的极紫外相干光源在三维空间的电场分布以及在Time-Ex平面和Time-Ey平面的投影示意图；图6(b)为近圆偏的阿秒脉冲在Ex-Ey平面的投影示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，本专利技术产生近似圆偏的极紫外相干光源的方法包括步骤：S1、对线性偏振入射激光进行增强使其强度量级达到1013～1014W/CM2；S2、将增强之后的入射激光与双原子气体分子进行相互作用产生谐波，所述谐波具有两个不同方向的分量，调整所述线性偏振入射激光的偏振方向与分子轴的夹角，直至获取产生光源所需的谐波阶段，所述谐波阶段内谐波波谱分量能量强度相等、相对相位为90°；S3、利用傅里叶逆变换公式将所述谐波阶段内能量强度相等，相对相位为90°的两个谐波分量的波谱转换为两个孤立的阿秒脉冲，将所述两个孤立的阿秒脉冲合成后得到近似圆偏的极紫外相干光源。上述步骤S1中，优选采用等离子体增强场对入射的线性偏振激光进行增强，采用等离子增强场有利于产生较宽的超连续谱，以用于后续合成脉宽更短的脉冲。等离子体增强场能够产生较宽的超连续谱，这是因为等离子体的结构使得激光在通过尖端缝隙的时候尖端的自由电荷发生集体震荡然后重新排布，在尖端产生了一个很大的电势差，经过的电场强度就被增强。增强后的电场为空间非均匀场，增强之后的强度量级需达到1013～1014W/CM2，以用于后续与双原子气体分子相互作用产生谐波信号。上述步骤S2中，气体可选用氮气和二氧化碳等。产生的谐波的椭偏率ϵ=1+R2-1+2R2cos(2δ)+R41+R2+1+2R2cos(2δ)+R4,]]>R为振幅比，δ为相位差，R=|ay(t)||ax(t)|,]]>δ＝arg[ay(t)]-arg[ax(t)]，ax(t),ay(t)是偶极加速度aq(t)的两个垂直分量，其中Ψ(x,t)为态函数，V0(x)为分子本身势能，E(t)为电场强度。由于氮气分子为对称分子，排列方便，优先选用氮气。其中线性偏振入射激光的偏振方向与分子轴的夹角(取向角)为25°～30°，优选为30°，此时获得的椭偏率最佳。上述步骤S3中，对高次谐波进行傅里叶逆变换得到阿秒脉冲，其公式为Iq＝|∫aq(t)exp(iqωt)dt|2，其中q为谐波阶次，ω为激光的角频率，aq(t)为偶极加速度。以下结合一个具体实施例对本专利技术方案做进一步说明。如图2所示，(x,y,z)为实验室坐标系，(x’,y’,z’)为分子坐标系。以N2分子的中心为原点、分子轴为X’轴按照右手法则建立分子坐标系(x’,y’,z’)。实验室坐标系(x,y,z)与分子坐标系原点重合，xy平面与x’y’平面重合。通过转动x轴得到不同的β角，其中β为入射激光的偏振方向与分子轴的夹角。入射激光沿着z轴方向传播，偏振方向为x轴方向。选用蝴蝶结状的纳米等离子增强场对入射的线性偏振激光进行增强，增强后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生近似圆偏的极紫外相干光源的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：S1、对线性偏振入射激光进行增强使其强度量级达到1013～1014W/CM2；S2、将增强之后的入射激光与双原子气体分子进行相互作用产生谐波，所述谐波波谱具有两个不同方向的分量，调整所述线性偏振入射激光的偏振方向与分子轴的夹角，直至获取产生光源所需的谐波阶段，所述谐波阶段内谐波波谱分量能量强度相等、相对相位为90°；S3、将所述谐波阶段内能量强度相等，相对相位为90°的两个谐波分量的波谱转换为两个阿秒脉冲，合成后得到近似圆偏的极紫外相干光源。

【技术特征摘要】
1.一种产生近似圆偏的极紫外相干光源的方法，其特征在于，所述方
法包括步骤：
S1、对线性偏振入射激光进行增强使其强度量级达到1013～1014W/CM2；
S2、将增强之后的入射激光与双原子气体分子进行相互作用产生谐波，
所述谐波波谱具有两个不同方向的分量，调整所述线性偏振入射激光的偏
振方向与分子轴的夹角，直至获取产生光源所需的谐波阶段，所述谐波阶
段内谐波波谱分量能量强度相等、相对相位为90°；
S3、将所述谐波阶段内能量强度相等，相对相位为90°的...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝晓松，张晓凡，陆培祥，李洋，王凤，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42