本实用新型专利技术是一种产生高次谐波或软Ｘ－射线的装置，具体为激光多次激发产生准同步高次谐波或Ｘ－射线辐射的装置。本装置包括空芯毛细管、充满流动工作介质的介质源装置和椭球面反射腔；其中：空芯毛细管与介质源装置相连，空芯毛细管的中心线与椭球面反射腔的长轴重合并且空芯毛细管经过椭球面反射腔的每个焦点；单个椭球面反射腔为两端开口的中空椭球腔，驱动激光相对于长轴从空芯毛细管的侧面斜入射，在第一个焦点处聚焦后经过椭球面反射在其他焦点处均发生聚焦，然后输出；激光在每次聚焦的焦点处均激发高次谐波；该装置在真空环境下工作。本实用新型专利技术的技术实现途径简单，产生高次谐波的转化效率高，能量高，有很高的应用价值。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种通过激光多次激发产生准同步高次谐波或相干软X-射线辐 射的装置，所产生的相干软X-射线辐射在几十电子伏至一千电子伏以上，此范围的相干软 X-射线束(源)能够应用于微纳米光刻或微纳米加工等工程技术行业、生物医学和材料科 学的分析与诊断、原子分子超快动力学以及极高时间分辨光谱学的基础研究等诸多领域和 行业。
技术介绍
近年来，由超短脉冲驱动产生的高次谐波，其辐射时间短、频带窄、波长可调等独 特性质，是产生超短脉宽和高空间、时间相干的极紫外(EUV)和软X-射线的极有效途径，使 得它在各种各样的领域里有着广泛的应用，得到了科技工作者极大的关注。特别是，目前利 用超短、超强激光脉冲与惰性气体介质相互作用产生的高次谐波已经成功地进入了“水窗” 波段，这使得高次谐波在需要高的时间和空间分辨的微观超快过程研究领域有着极大的应 用潜力，在高分辨率成像、材料特性的精细光谱分析、EUV光钟，以及与水窗波段相对应生物 细胞结构的显微成像等科学
产生了巨大的优势。同样，作为现代文明的驱动技术之一，微电子芯片技术对于现代文明的影响无处 不在，而这又不一归属于光刻技术的产物，其中光刻光源又处于决定性的地位。目前的光刻 光源是波长为157nm的紫外线，下一代光刻技术所需光源的波长将缩短至13. 5nm(即，极紫 外EUV波段)。因此，EUV相干光源技术的发展则必然成为下一代微纳米光刻或芯片加工工 艺的关键环节。尤其EUV光源简洁、便宜、易于操作以及相干性好的特点，使之在台式激光 器的加工方面得到了极大的发展，因而在半导体工业中的光刻技术应用上，其优势已远远 超过了同步辐射源。更进一步，由于电子绕核运动的轨道周期为MX 10_18s，即，M阿秒，一旦突破阿秒 界限，人类就有可能实现原子尺度内时间分辨的梦想，将超快过程的测量范围扩展到各种 物质形态中电子的运动过程，如复杂分子中的电荷跃迁、分子中价电子的运动状态等。而强 场高次谐波辐射谱呈现平台区以及平台区谐波有规律地等频率间隔分布的独特优点，是为 突破阿秒界限的首选光源，阿秒技术的实现将具有极其重大且不可替代的应用价值。犹如， Nature评论所述我们正在进入一个超快速测量的新境界，阿秒物理的时代开始了。鉴于科研领域对高次谐波和软X-射线的要求，人们对于利用高次谐波产生软 X-射线的研究仍在不断深入。研究的主要目标集中在高次谐波的平台区和截止区，在技术 方面的研究主要集中在两个一是如何从技术上提高单光子能量，将单光子能量提高进入 水窗波段，这虽然有成功经验，但不够成熟；二是怎样提高谐波转化效率，这是关系到高次 谐波是否具有实用价值的关键，是人们当前的主要攻坚目标。影响谐波转化效率的因素主 要是由于等离子体对EUV光的吸收，激光与谐波的相位失配，自由电子的散焦影响等。它的 关键点在于解决高次谐波产生过程中驱动激光电离介质的相位匹配问题，目前实验中常用 的方法有两种(一)采用飞秒脉冲激光直接聚焦到惰性气体喷束中，它实现相位匹配的关键条 件依赖于聚焦构型和气体喷束的构型，但是，为获得优化的相位匹配，要求光束的共焦参数 非常短，而且，气体喷束构型难度加大，需要探索激光与气体相互作用长度以扩展共焦参 数，为此人们引入了波导技术来增加相互作用长度。(二)引入毛细波导管结构，这种结构是将气体束缚在毛细管中并达到气压的稳 定平衡，激光从毛细管的一端入射激发管内的惰性气体，产生高次谐波。这种结构不仅可以 克服激光脉冲在传输中出现的聚焦效应，而且波导的几何色散可以改善谐波的选择性，与 自由空间传播相比，波导管加速了引导模的相速度。同时，波导构型可以帮助建立起非常好 的径向一致的激光模式，产生的EUV光束具有激光束的所有特性，例如，全空间相干等。与 气体喷流相比，采用波导结构的另一个优点是波导可以延展激光和气体介质间相互作用长 度的数量级，这意味着可以用较低的激光能量和气压即可获得与气体喷流相似的高次谐波 场。因此，目前解决相位匹配的高次谐波实验都是充分从波导上下功夫，通过改变波导管内 部的几何构型，或者是借助波导管构型的部分功能，实现驱动激光与高次谐波的相位匹配 或准相位匹配。比较典型的方案，有以下几种1、调制波导管几何结构，达到准相位匹配。如A. Paul&Margaret. M在 “Quasi-phase-matched generation of coherent extreme-ultraviolet light，， (Nature Vol 421,2003)所用的调制波导，波导管调制部分的直径被周期性地调制成接近正弦， 这样将激光聚焦到充满气体的空芯波导管中时，激光密度也被周期性地调制，进而可以 重新调制驱动激光和谐波场之间的相位移动，实验结果显示，调制光纤比空芯波导得到 的高次谐波的阶次提高了至少两个，而且亮度有更明显的提高。类似方法，又如Ivan P.Christov 在"Dispersion-controlled hoilow core fiber for phase matched harmonicgeneration” (9November 1998/Vol. 3，No. 10/0PTICS EXPRESS 360)所用的波导 内部调制结构。现在用波导管获得高次谐波的实验方法很多，但是，进一步优化调制波导结 构获得准相位匹配需要更复杂的方法，驱动激光的光损耗、自相位调制、模拍频等问题使优 化调制周期更困难。最终，调制周期短于波导直径，导致激光强度调制快速减少，用准相位 技术补偿极短的相干长度成为挑战。2、引入反向激光脉冲来调制激光强度。此类方法有Xiaoshi Zhang, “Quasi-phase-matching and quantum-path control of high-harmonicgeneration using counter propagating light"(Nature-Phys, 3, 270, 2007)弓向中串，以 及美国专禾ll US7664147B2 "Phase matching of highorder harmonic generation using dynamic phase modulation caused by anon-collinear modulation pulse，，弓|人寻看反向 准连续传播场等，引入弱反向传播光的目的是克服调制波导进一步周期性优化的困难，让 反向传播场对驱动激光引起的持续振幅和相位进行调制，在聚焦的特殊区域，采用干扰光 束去扰动所产生的短波长光的量子相位、压抑偏离相位区域的发射，达到准相位匹配，对高 次谐波的发射产生增强作用，高次谐波的亮度得到明显提高。上述提到的专利技术和技术在提高谐波亮度上有一定的贡献，但等离子体对EUV光或 软X-射线的吸收，谐波场与驱动激光之间的相位匹配仍然需要进一步优化，谐波的转化效 率始终不高；而且谐波出射方向与驱动激光相同，需要用滤波器滤掉驱动激光才能探测到 产生的EUV光，这给实验增加了成本和难度。因此，突破谐波转化效率的瓶颈，降低谐波产生的难度，将会对科研和实际应用产生巨大的意义和价值。
技术实现思路
本技术旨在提供一种本文档来自技高网...
【技术保护点】
激光多次激发产生准同步高次谐波或Ｘ－射线辐射的装置，其特征在于：包括空芯毛细管、充满流动工作介质的介质源装置和椭球面反射腔；其中：椭球面反射腔是沿长轴两端开口的中空椭球腔，空芯毛细管与介质源装置相连，空芯毛细管的中心线与椭球面反射腔的长轴重合并且空芯毛细管经过椭球面反射腔的焦点Ａ、焦点Ｂ处，驱动激光在椭球腔一侧相对于长轴从空芯毛细管的侧面斜入射，在焦点Ａ处聚焦后经过椭球面反射腔内表面反射后再次聚焦到焦点Ｂ处，然后输出；激光在每次聚焦焦点处的工作介质内均激发高次谐波；该装置在真空环境下工作。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘世炳，宋海英，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]
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