单个圆偏振阿秒脉冲发生方法及系统技术方案

本发明专利技术属于阿秒脉冲技术领域，具体是涉及到一种单个圆偏振阿秒脉冲发生方法及系统，包括如下步骤：激光脉冲发生装置发射激光脉冲Ⅰ并在延迟设定时间之后发射激光脉冲Ⅱ；激光脉冲Ⅰ和激光脉冲Ⅱ经过入射激光聚焦装置聚焦，激光脉冲Ⅰ和激光脉冲Ⅱ聚焦后共线传输，并通过拍频效应形成为一个合成激光，合成激光包括一个相互连接的主脉冲和尾脉冲；合成激光经过等离子体靶反射后反射激光经过滤波装置获得单个阿秒脉冲，本发明专利技术不仅可以有效提高产生阿秒脉冲的强度和能量转化效率，还可以保障单个阿秒脉冲的高椭偏度。放宽了产生单个阿秒脉冲对驱动激光脉宽的限制，使得较长脉宽的驱动激光脉冲也可稳健产生单个高椭偏度的阿秒脉冲，实验可行性更高。实验可行性更高。实验可行性更高。

【技术实现步骤摘要】
单个圆偏振阿秒脉冲发生方法及系统


[0001]本专利技术属于阿秒脉冲
，具体是涉及到一种单个圆偏振阿秒脉冲发生方法及系统。

技术介绍

[0002]自1960年激光器诞生以来，激光技术得到了迅猛的发展，现在已经广泛应用于科学研究、材料加工、医疗等领域。随着技术发展，激光器所输出的激光脉冲的宽度也从原先的纳秒(1纳秒＝10
‑9秒)量级至皮秒(1皮秒＝10
‑
12
秒)量级，缩短至目前的飞秒(1飞秒＝10
‑
15
秒)量级。
[0003]具备阿秒(1阿秒＝10
‑
18
秒)宽度的脉冲，因其前所未有的空间分辨率和时间分辨率而成为检测和控制超快微观现象的独特工具，其应用包括超快生物医学成像、原子和分子探测过程以及惯性约束聚变实验中的诊断。而单个圆偏振阿秒脉冲不仅可以用于阿秒时间尺度内清晰的实时成像和超快现象的精确控制，并且其作为一种手性光源，还能用于识别物质手性、研究物质磁性、探测微观粒子的自旋动力学等，在物理、化学、生物等前沿科学领域中都有着广阔应用前景。
[0004]2011年，Ji等人提出了少周期圆偏振激光驱动近临界密度等离子体产生单个圆偏振阿秒脉冲的方案。随着激光有质动力逐步增大，等离子体靶面可以被持续稳定地推向靶内，并积攒出强大的静电能。当激光有质动力减弱时，静电能转化为靶面电子的动能。由于驱动激光为少周期激光，靶面电子回弹时会对入射激光进行单次剧烈压缩，从而产生单个阿秒脉冲。
[0005]2020年，Wang等人研究发现，当少周期圆偏振激光正入射超薄箔时，激光场的有质动力足以将靶面电子全部推出离子层，从而产生巨大的电荷分离场，并形成一个致密超薄的电子层。当电子层开始回弹时，会成为一个高质量的相对论电子反射镜，且这个电子镜逆着激光脉冲的尾部传播。因而激光在这一电子镜上可以被有效地反射并被压缩。虽然电子层实际上会持续进行多次振荡，但由于每次振荡的幅度不一致，因此可以通过合适滤波和调整参数条件来获得单个阿秒脉冲。
[0006]然而，这两种方法所产生的阿秒脉冲难以同时满足高强度和高椭偏度的要求，且具体的参数匹配条件都是不清楚的，具体来说，当由脉宽较短的圆偏振激光脉冲驱动时，靶面的反弹速度会更快，但由于圆偏振激光的两个横向正交分量之间存在π/2的相位差，因此短脉宽激光的下降沿的p分量和s分量的能量差较大，导致产生的阿秒脉冲的椭偏度也会较小。而如果是在长脉宽激光脉冲的驱动下，靶面的回弹速度又太慢，这不仅会导致谐波辐射效率低，而且由于靶面对激光的压缩时间短，所以合成阿秒脉冲的椭偏度也会小。
[0007]综上所述，虽然研究者们基于相对论激光与等离子体相互作用已经提出了可以得到单个圆偏振阿秒脉冲的理论方案，但仍旧存在许多问题亟需解决。首先，这些理论方案的驱动光源都限制在了少周期激光脉冲，这给实验提出了比较高的要求。其次，目前很难同时保证所产生阿秒脉冲的高强度和高椭偏度。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题是提供一种脉宽限制要求低前提下可产生高强度和高椭偏度阿秒脉冲的单个圆偏振阿秒脉冲发生方法及系统。
[0009]本专利技术提供一种单个圆偏振阿秒脉冲发生方法，包括如下步骤：
[0010]激光脉冲发生装置发射激光脉冲Ⅰ并在延迟设定时间之后发射激光脉冲Ⅱ，激光脉冲Ⅰ和激光脉冲Ⅱ为同向旋转的圆偏振激光；
[0011]激光脉冲Ⅰ和激光脉冲Ⅱ经过入射激光聚焦装置聚焦，激光脉冲Ⅰ和激光脉冲Ⅱ聚焦后共线传输，并通过拍频效应形成为一个合成激光，合成激光包括一个相互连接的主脉冲和尾脉冲；
[0012]合成激光射向等离子体靶，其主脉冲上升沿剧烈压缩等离子体靶的靶面，当主脉冲下降沿作用时靶面高速回弹，回弹过程中使主脉冲的反射部分产生畸变，等离子体靶的靶面在高速压缩完主脉冲之后，继续对与主脉冲相连的尾脉冲进行持续压缩，尾脉冲也随之从靶面反射；
[0013]反射激光经过滤波装置获得单个阿秒脉冲。
[0014]更进一步地，所述激光脉冲发生装置发射激光脉冲Ⅰ并在延迟设定时间之后发射激光脉冲Ⅱ包括：
[0015]所述激光脉冲Ⅰ和激光脉冲Ⅱ的脉宽和频率满足：τ2/6＜|π/(ω2‑
ω1)|＜τ2，其中，|π/(ω2‑
ω1)|为合成激光中由拍频决定的主脉冲的宽度，ω1为激光脉冲Ⅰ的频率，ω2为激光脉冲Ⅱ的频率，τ2为激光脉冲Ⅱ的脉宽。
[0016]更进一步地，所述合成激光包括一个相互连接的主脉冲和尾脉冲包括：
[0017]主脉冲的脉宽不长于激光脉冲Ⅱ的脉宽；主脉冲的强度不低于激光脉冲Ⅰ和激光脉冲Ⅱ的强度。
[0018]更进一步地，所述合成激光射向等离子体靶包括：所述合成激光沿等离子体靶轴线入射。
[0019]更进一步地，所述激光脉冲发生装置发射激光脉冲Ⅰ并在延迟设定时间之后发射激光脉冲Ⅱ包括：
[0020]所述激光脉冲Ⅰ的波长为1μm、脉宽为33fs、峰值强度为9.85
×
10
19
W/cm2、光斑半径为8
‑
15μm；
[0021]所述激光脉冲Ⅱ的波长为0.8μm、脉宽为16fs、峰值强度为1.08
×
10
21
W/cm2、光斑半径为8
‑
15μm；
[0022]所述延迟设定时间为4.95fs。
[0023]更进一步地，所述合成激光射向等离子体靶包括：
[0024]所述等离子体靶为平板靶，厚度不小于1μm，密度为8.92
×
10
21
cm
‑3。
[0025]更进一步地，所述反射激光经过滤波装置获得单个阿秒脉冲包括：
[0026]所述滤波装置为极紫外波段的可调谐滤波器，滤波范围可调谐至30
‑
100nm。
[0027]本专利技术还提供一种单个圆偏振阿秒脉冲发生系统，包括激光脉冲发生装置、入射激光聚焦装置、等离子体靶和滤波装置；
[0028]所述激光脉冲发生装置包括两个激光脉冲发射器，两个激光脉冲发射器分别用于产生激光脉冲Ⅰ和激光脉冲Ⅱ；
[0029]所述入射激光聚焦装置设置在激光脉冲Ⅰ和激光脉冲Ⅱ的光路上，用于将激光脉冲Ⅰ和激光脉冲Ⅱ聚焦后沿所述等离子体靶的轴线共线传输；
[0030]所述滤波装置设置在等离子体靶的反射光路上，用于将反射激光进行滤波，获得阿秒脉冲。
[0031]更进一步地，两个所述激光脉冲发射器所发射的激光脉冲频率可调谐，峰值强度可调节，所述滤波装置的滤波范围可调谐。
[0032]更进一步地，所述等离子体靶和滤波装置之间还设置有反射激光聚焦装置，所述反射激光聚焦装置设置在等离子体靶的反射光路上，用于将反射激光聚焦后发射至所述滤波装置。
[0033]本专利技术的有益效果是，本专利技术使用两个同向旋转的圆偏振激光，经过延迟设定时间发射后再共线传输，并通过拍频效应合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单个圆偏振阿秒脉冲发生方法，其特征是，包括如下步骤：激光脉冲发生装置发射激光脉冲Ⅰ并在延迟设定时间之后发射激光脉冲Ⅱ，激光脉冲Ⅰ和激光脉冲Ⅱ为同向旋转的圆偏振激光；激光脉冲Ⅰ和激光脉冲Ⅱ经过入射激光聚焦装置聚焦，激光脉冲Ⅰ和激光脉冲Ⅱ聚焦后共线传输，并通过拍频效应形成为一个合成激光，合成激光包括一个相互连接的主脉冲和尾脉冲；合成激光射向等离子体靶，其主脉冲上升沿剧烈压缩等离子体靶的靶面，当主脉冲下降沿作用时靶面高速回弹，回弹过程中使主脉冲的反射部分产生畸变，等离子体靶的靶面在高速压缩完主脉冲之后，继续对与主脉冲相连的尾脉冲进行持续压缩，尾脉冲也随之从靶面反射；反射激光经过滤波装置获得单个阿秒脉冲。2.如权利要求1所述的单个圆偏振阿秒脉冲发生方法，其特征是，所述激光脉冲发生装置发射激光脉冲Ⅰ并在延迟设定时间之后发射激光脉冲Ⅱ包括：所述激光脉冲Ⅰ和激光脉冲Ⅱ的脉宽和频率满足：τ2/6＜|π/(ω2‑
ω1)|＜τ2，其中，|π/(ω2‑
ω1)|为合成激光中由拍频决定的主脉冲的宽度，ω1为激光脉冲Ⅰ的频率，ω2为激光脉冲Ⅱ的频率，τ2为激光脉冲Ⅱ的脉宽。3.如权利要求1所述的单个圆偏振阿秒脉冲发生方法，其特征是，所述合成激光包括一个相互连接的主脉冲和尾脉冲包括：主脉冲的脉宽不长于激光脉冲Ⅱ的脉宽；主脉冲的强度不低于激光脉冲Ⅰ和激光脉冲Ⅱ的强度。4.如权利要求1所述的单个圆偏振阿秒脉冲发生方法，其特征是，所述合成激光射向等离子体靶包括：所述合成激光沿等离子体靶轴线入射。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的单个圆偏振阿秒脉冲发生方法，其特征是，所述激光脉冲发生装置发射激光脉冲Ⅰ并在延迟设定时间之后发射激光脉冲Ⅱ包括：所述激光脉冲Ⅰ的波长为1μm、脉宽为33fs、峰值强度为9.85
×
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李倩妮，徐新荣，余同普，武彦博，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：