激光的發(fā)明開啟了非線性光學時代,如今非線性光學在許多科學、工業(yè)和醫(yī)療應用中發(fā)揮著重要作用,這些應用都受益于可見光范圍內緊湊型激光器的成功。然而,對于極紫外波長(XUV)來說,只能通過超大型設施(即自由電子激光器)來產生強烈的XUV脈沖,雖然經過科學家的研究,已經開發(fā)了小型的XUV激光器,但其尺寸仍然達到了數十米量級,并且僅安置在少數的大學和研究機構中。
新型強極紫外激光器原理示意圖 https://doi.org/10.1364/OPTICA.421564 為了縮小XUV激光器的體積,并使其更為普遍化,來自Max Born Institute(德國柏林)、ELI-ALPS(匈牙利塞格德)和INCDTIM(Cluj-Napoca,羅馬尼亞)的一組研究人員提出了通過高次諧波產生(HHG)實現XUV激光器的新概念,它的優(yōu)勢在于占地面積比目前現有的強XUV激光器小得多,且方案簡單可以在全球大部分實驗室進行安置,其相關內容已發(fā)布在Optica中。 為了獲得高強度的XUV脈沖,通常是通過近紅外(NIR)激光器生成一個非常大的焦點來實現,這就需要大型的實驗室。Max Born Institute的研究人員已經證明,可以在2 m長的范圍內實現高強度的XUV激光器,為了實現這點,他們沒有在NIR驅動激光器的焦點處產生XUV光,而是在離NIR激光焦點相對較遠的地方放置了一個非常密集的原子射流。這邊使得射流位置處的NIR光束很大,可以產生較多的XUV光子;雖然產生的XUV光束發(fā)散度較大,但可以將其聚焦為小尺寸的光斑。大量的XUV光子和小尺寸的XUV光斑結合,便可以產生強烈的XUV激光脈沖。 最后為了證明這一方法的可行性,研究人員利用氬原子的多光子電離實現了高強度的XUV激光脈沖輻射,其強度達到了2×1014 W/cm2,已經超過了許多現有的XUV光源。這種新型的XUV激光器不僅占地面積小且發(fā)射強度高,可以克服現有激光器穩(wěn)定性的限制,且能夠普遍適用于其他實驗室,未來可以對納米級生物成像、阿秒探針光譜學和非線性光學等領域產生重要的影響。
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